Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Adaptation of agriculture to climate change in Quebec : the co-construction of agricultural policies in the RCM of Haut-Richelieu

Les facteurs climatiques ainsi bien que les facteurs non-climatiques doivent être pris en considération dans le processus d'adaptation de l'agriculture aux changements et à la variabilité climatiques (CVC). Ce changement de paradigme met l'agent humain au centre du processus d'adaptation, ce qui peut conduire à une maladaptation. Suite aux débats sur les changements climatiques qui ont attiré l'attention scientifique et publique dans les années 1980 et 1990, l'agriculture canadienne est devenue un des points focaux de plusieurs études pionnières sur les CVC, un phénomène principalement dû à l’effet anthropique. Pour faire face aux CVC, ce n’est pas seulement la mitigation qui est importante mais aussi l’adaptation. Quand il s'agit de l'adaptation, c'est plutôt la variabilité climatique qui nous intéresse que simplement les augmentations moyennes des températures. L'objectif général de ce mémoire de maîtrise est d'améliorer la compréhension des processus d'adaptation et de construction de la capacité d'adaptation ai niveau de la ferme et de la communauté agricole à travers un processus ascendant, c’est-à-dire en utilisant l'approche de co-construction (qui peut également être considéré comme une stratégie d'adaptation en soi), pour développer une gestion et des outils de planification appropriés aux parties prenantes pour accroître ainsi la capacité d'adaptation de la communauté agricole. Pour y arriver, l'approche grounded theory est utilisée. Les résultats consistent de cinq catégories interdépendantes de codes élargis, conceptuellement distinctes et avec un plus grand niveau d'abstraction. La MRC du Haut-Richelieu a été choisie comme étude de cas en raison de plusieurs de ses dimensions agricoles, à part de ses conditions biophysiques favorables. 15 entrevues ont été menées avec les agriculteurs. Les résultats montrent que si certains agriculteurs ont reconnu les côtés positifs et négatifs des CVC, d’autres sont très optimistes à ce sujet comme se ils ne voient que le côté positif; d'où la nécessité de voir les deux côtés des CVC. Aussi, il y a encore une certaine incertitude liée aux CVC, qui vient de la désinformation et la désensibilisation des agriculteurs principalement en ce qui concerne les causes des CVC ainsi que la nature des événements climatiques. En outre, et compte tenu du fait que l'adaptation a plusieurs caractéristiques et types, il existe de nombreux types d'adaptation qui impliquent à la fois l'acteur privé et le gouvernement. De plus, les stratégies d'adaptation doivent être élaborées conjointement par les agriculteurs en concert avec d'autres acteurs, à commencer par les agronomes, car ils servent en tant que relais important entre les agriculteurs et d'autres parties prenantes telles que les institutions publiques et les entreprises privées.