Novel insights into the action of antimicrobial agents against human pathogens

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry

Caracterização de propriedades nutricionais e antioxidantes de chás do Arquipélago dos Açores e valorização dos seus resíduos

Neste trabalho estudou-se a composição e actividade antioxidante de chás verdes e pretos (8 provenientes dos Açores, e 11 de outras origens), 4 chás vermelhos e 6 tisanas de ervas. A composição mineral das folhas de chá e das correspondentes infusões de 5 e 15 minutos foi avaliada no que se refere aos macroelementos (K, Ca, Mg e Na) com valor nutricional e ao alumínio (Al), tendo-se verificado que as suas concentrações dependem do tipo de chá e do tempo de infusão. A actividade antioxidante dos chás e tisanas foi avaliada pela reacção de Folin Ciocalteu, a actividade antiradicalar (DPPH) e actividade redutora férrica (FRAP). Estas actividades aumentaram ou diminuiram com o tempo de infusão e dependendo do tipo de chá e do teste específico o que indica diferentes cinéticas de extracção e degradação de compostos específicos. Os compostos fenólicos dos chás foram quantificados por HPLC-DAD e agrupados nas famílias de catequinas, metilxantinas, ácidos hidroxibenzóicos e hidroxicinâmicos, teoflavinas, flavonas, flavonóis, e seus derivados glicosilados e/ou acilados. A cinética de extracção destes compostos foi avaliada em dois chás dos Açores para tempos de infusão entre 5 min e 60 min. Testaram-se diferenças significativas na composição dos chás e correlações entre composição e actividade antioxidante. A valorização de resíduos dos chás Gorreana como matérias-primas para a produção de suplementos nutracêuticos foi estudada efectuando a extracção de dois chás dos Açores e de dois resíduos de chá utilizando água, etanol acetona e suas misturas. Os resultados mostraram que a polaridade do solvente afectou significativamente o teor de polifenóis, actividade antioxidante e actividade antimicrobiana dos extractos. Os extractos de chá verde inibiram o crescimento de bactérias gram-positivas (Staphylococcus aureus e Staphylococcus aureus resistentes à meticilina), e observou-se uma correlacção forte entre teor de polifenóis e as actividades antioxidante e antimicrobiana de extractos de chá.

La résistance bactérienne aux antibiotiques.

50 years ago, the introduction of penicillin, followed by many other antibacterial agents, represented an often underestimated medical revolution. Indeed, until that time, bacterial infections were the prime cause of mortality, especially in children and elderly patients. The discovery of numerous new substances and their development on an industrial scale gave us the illusion that bacterial infections were all but vanquished. However, the widespread and sometimes uncontrolled use of these agents has led to the selection of bacteria resistant to practically all available antibiotics. Bacteria utilize three main resistance strategies: (1) modification of their permeability, (2) modification of target, and (3) modification of the antibiotic. Bacteria modify their permeability either by becoming impermeable to antibiotics, or by actively excreting the drug accumulated in the cell. As an alternative, they can modify the structure of the antibiotic's molecular target--usually an essential metabolic enzyme of the bacterium--and thus escape the drug's toxic effect. Lastly, they can produce enzymes capable of modifying and directly inactivating antibiotics. In addition, bacteria have evolved extremely efficient genetic transfer systems capable of exchanging and accumulating resistance genes. Some pathogens, such as methicillin-resistant Staphylococcus aureus and multiresistant Mycobacterium tuberculosis, have become resistant to almost all available antibiotics and there are only one or two substances still active against such organisms. Antibiotics are very precious drugs which must be administered to patients who need them. On the other hand, the development of resistance must be kept under control by a better comprehension of its mechanisms and modes of transmission and by abiding by the fundamental rules of anti-infectious chemotherapy, i.e.: (1) choose the most efficient antibiotic according to clinical and local epidemiological data, (2) target the bacteria according to the microbiological data at hand, and (3) administer the antibiotic in an adequate dose which will leave the pathogen no chance to develop resistance.

New methods for detecting antibiotic resistant bacteria and preventing their spread

Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) bacteria have emerged in the early 1980's in numerous health care institutions around the world. The main transmission mechanism within hospitals and healthcare facilities is through the hands of health care workers. Resistant to several antibiotics, the MRSA is one of the most feared pathogens in the hospital setting since it is very difficult to eradicate with the standard treatments. There are still a limited number of anti-MRSA antibiotics but the first cases of resistance to these compounds have already been reported and their frequency is likely to increase in the coming years. Every year, the MRSA infections result in major human and financial costs, due to the high associated mortality and expenses related to the required care. Measures towards a faster detection of resistant bacteria and establishment of appropriate antibiotic treatment parameters are fundamental. Also as part as infection prevention, diminution of bacteria present on the commonly touched surfaces could also limit the spread and selection of antibiotic resistant bacteria. During my thesis, projects were developed around MRSA and antibiotic resistance investigation using innovative technologies. The thesis was subdivided in three main parts with the use of atomic force microscopy AFM for antibiotic resistance detection in part 1, the importance of the bacterial inoculum size in the selection of antibiotic resistance in part 2 and the testing of antimicrobial surfaces creating by sputtering copper onto polyester in part 3. In part 1 the AFM was used two different ways, first for the measurement of stiffness (elasticity) of bacteria and second as a nanosensor for antibiotic susceptibility testing. The stiffness of MRSA with different susceptibility profiles to vancomycin was investigated using the stiffness tomography mode of the AFM and results have demonstrated and increased stiffness in the vancomycin resistant strains that also paralleled with increased thickness of the bacterial cell wall. Parts of the AFM were also used to build a new antibiotic susceptibility-testing device. This nano sensor was able to measure vibrations emitted from living bacteria that ceased definitively upon antibiotic exposure to which they were susceptible but restarted after antibiotic removal to which they were resistant, allowing in a matter of minute the assessment of antibiotic susceptibility determination. In part 2 the inoculum effect (IE) of vancomycin, daptomycin and linezolid and its importance in antibiotic resistance selection was investigated with MRSA during a 15 days of cycling experiment. Results indicated that a high bacterial inoculum and a prolonged antibiotic exposure were two key factors in the in vitro antibiotic resistance selection in MRSA and should be taken into consideration when choosing the drug treatment. Finally in part 3 bactericidal textile surfaces were investigated against MRSA. Polyesters coated after 160 seconds of copper sputtering have demonstrated a high bactericidal activity reducing the bacterial load of at least 3 logio after one hour of contact. -- Au cours des dernières décennies, des bactéries multirésistantes aux antibiotiques (BMR) ont émergé dans les hôpitaux du monde entier. Depuis lors, le nombre de BMR et la prévalence des infections liées aux soins (IAS) continuent de croître et sont associés à une augmentation des taux de morbidité et de mortalité ainsi qu'à des coûts élevés. De plus, le nombre de résistance à différentes classes d'antibiotiques a également augmenté parmi les BMR, limitant ainsi les options thérapeutiques disponibles lorsqu'elles ont liées a des infections. Des mesures visant une détection plus rapide des bactéries résistantes ainsi que l'établissement des paramètres de traitement antibiotiques adéquats sont primordiales lors d'infections déjà présentes. Dans une optique de prévention, la diminution des bactéries présentes sur les surfaces communément touchées pourrait aussi freiner la dissémination et l'évolution des bactéries résistantes. Durant ma thèse, différents projets incluant des nouvelles technologies et évoluant autour de la résistance antibiotique ont été traités. Des nouvelles technologies telles que le microscope à force atomique (AFM) et la pulvérisation cathodique de cuivre (PCC) ont été utilisées, et le Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM) a été la principale BMR étudiée. Deux grandes lignes de recherche ont été développées; la première visant à détecter la résistance antibiotique plus rapidement avec l'AFM et la seconde visant à prévenir la dissémination des BMR avec des surfaces crées grâce à la PCC. L'AFM a tout d'abord été utilisé en tant que microscope à sonde locale afin d'investiguer la résistance à la vancomycine chez les SARMs. Les résultats ont démontré que la rigidité de la paroi augmentait avec la résistance à la vancomycine et que celle-ci corrélait aussi avec une augmentation de l'épaisseur des parois, vérifiée grâce à la microscopie électronique. Des parties d'un AFM ont été ensuite utilisées afin de créer un nouveau dispositif de test de sensibilité aux antibiotiques, un nanocapteur. Ce nanocapteur mesure des vibrations produites par les bactéries vivantes. Après l'ajout d'antibiotique, les vibrations cessent définitivement chez les bactéries sensibles à l'antibiotique. En revanche pour les bactéries résistantes, les vibrations reprennent après le retrait de l'antibiotique dans le milieu permettant ainsi, en l'espace de minutes de détecter la sensibilité de la bactérie à un antibiotique. La PCC a été utilisée afin de créer des surfaces bactéricides pour la prévention de la viabilité des BMR sur des surfaces inertes. Des polyesters finement recouverts de cuivre (Cu), connu pour ses propriétés bactéricides, ont été produits et testés contre des SARMs. Une méthode de détection de viabilité des bactéries sur ces surfaces a été mise au point, et les polyesters obtenus après 160 secondes de pulvérisation au Cu ont démontré une excellente activité bactéricide, diminuant la charge bactérienne d'au moins 3 logio après une heure de contact. En conclusion, l'utilisation de nouvelles technologies nous a permis d'évoluer vers de méthodes de détection de la résistance antibiotique plus rapides ainsi que vers le développement d'un nouveau type de surface bactéricide, dans le but d'améliorer le diagnostic et la gestion des BMR.

CD14 expression on monocytes and TNF alpha production in patients with septic shock, cardiogenic shock or bacterial pneumonia.

OBJECTIVES: In patients with septic shock, circulating monocytes become refractory to stimulation with microbial products. Whether this hyporesponsive state is induced by infection or is related to shock is unknown. To address this question, we measured TNF alpha production by monocytes or by whole blood obtained from healthy volunteers (controls), from patients with septic shock, from patients with severe infection (bacterial pneumonia) without shock, and from patients with cardiogenic shock without infection. MEASUREMENTS: The numbers of circulating monocytes, of CD14+ monocytes, and the expression of monocyte CD14 and the LPS receptor, were assessed by flow cytometry. Monocytes or whole blood were stimulated with lipopolysaccharide endotoxin (LPS), heat-killed Escherichia coli or Staphylococcus aureus, and TNF alpha production was measured by bioassay. RESULTS: The number of circulating monocytes, of CD14+ monocytes, and the monocyte CD14 expression were significantly lower in patients with septic shock than in controls, in patients with bacterial pneumonia or in those with cardiogenic shock (p < 0.001). Monocytes or whole blood of patients with septic shock exhibited a profound deficiency of TNF alpha production in response to all stimuli (p < 0.05 compared to controls). Whole blood of patients with cardiogenic shock also exhibited this defect (p < 0.05 compared to controls), although to a lesser extent, despite normal monocyte counts and normal CD14 expression. CONCLUSIONS: Unlike patients with bacterial pneumonia, patients with septic or cardiogenic shock display profoundly defective TNF alpha production in response to a broad range of infectious stimuli. Thus, down-regulation of cytokine production appears to occur in patients with systemic, but not localised, albeit severe, infections and also in patients with non-infectious circulatory failure. Whilst depletion of monocytes and reduced monocyte CD14 expression are likely to be critical components of the hyporesponsiveness observed in patients with septic shock, other as yet unidentified factors are at work in this group and in patients with cardiogenic shock.

Clinical presentation, etiology, and outcome of infective endocarditis in the 21st century: the International Collaboration on Endocarditis-Prospective Cohort Study.

We sought to provide a contemporary picture of the presentation, etiology, and outcome of infective endocarditis (IE) in a large patient cohort from multiple locations worldwide. Prospective cohort study of 2781 adults with definite IE who were admitted to 58 hospitals in 25 countries from June 1, 2000, through September 1, 2005. The median age of the cohort was 57.9 (interquartile range, 43.2-71.8) years, and 72.1% had native valve IE. Most patients (77.0%) presented early in the disease (<30 days) with few of the classic clinical hallmarks of IE. Recent health care exposure was found in one-quarter of patients. Staphylococcus aureus was the most common pathogen (31.2%). The mitral (41.1%) and aortic (37.6%) valves were infected most commonly. The following complications were common: stroke (16.9%), embolization other than stroke (22.6%), heart failure (32.3%), and intracardiac abscess (14.4%). Surgical therapy was common (48.2%), and in-hospital mortality remained high (17.7%). Prosthetic valve involvement (odds ratio, 1.47; 95% confidence interval, 1.13-1.90), increasing age (1.30; 1.17-1.46 per 10-year interval), pulmonary edema (1.79; 1.39-2.30), S aureus infection (1.54; 1.14-2.08), coagulase-negative staphylococcal infection (1.50; 1.07-2.10), mitral valve vegetation (1.34; 1.06-1.68), and paravalvular complications (2.25; 1.64-3.09) were associated with an increased risk of in-hospital death, whereas viridans streptococcal infection (0.52; 0.33-0.81) and surgery (0.61; 0.44-0.83) were associated with a decreased risk. In the early 21st century, IE is more often an acute disease, characterized by a high rate of S aureus infection. Mortality remains relatively high.

Mandatory infectious diseases consultation for MRSA bacteremia is associated with reduced mortality.

OBJECTIVES: Although infectious disease (ID) consultation has been associated with lower mortality in Staphylococcus aureus bloodstream infections, it is still not mandatory in many centers. This study aimed at assessing the impact of ID consultation on diagnostic and therapeutic management of methicillin-resistant S. aureus (MRSA) bacteremia. METHODS: Retrospective cohort study of all patients with MRSA bacteremia from 2001 to 2010. ID consultations were obtained on request between 2001 and 2006 and became mandatory since 2007. RESULTS: 156 episodes of MRSA bacteremia were included, mostly from central venous catheter (32%) and skin and soft tissue (19%) infections. ID consultation coverage was 58% between 2001 and 2006 and 91% between 2007 and 2010. ID consultation was associated with more echocardiography (59% vs. 26%, p < 0.01), vancomycin trough level measurements (99% vs. 77%, p < 0.01), follow-up blood cultures (71% vs. 50%, p = 0.05), deep-seated infections (43% vs. 16%, p < 0.01), more frequent infection source control (83% vs. 57%, p = 0.03), a longer duration of MRSA-active therapy (median and IQR: 17 days, 13-30, vs. 12, 3-14, p < 0.01) and a 20% reduction in 7-day, 30-day and in-hospital mortality. CONCLUSIONS: ID consultation was associated with a better management of patients with MRSA bacteremia and a reduced mortality.

Adult native septic arthritis: a review of 10 years of experience and lessons for empirical antibiotic therapy.

Objectives To review the epidemiology of native septic arthritis to establish local guidelines for empirical antibiotic therapy as part of an antibiotic stewardship programme. Methods We conducted a 10 year retrospective study based on positive synovial fluid cultures and discharge diagnosis of septic arthritis in adult patients. Microbiology results and medical records were reviewed. Results Between 1999 and 2008, we identified 233 episodes of septic arthritis. The predominant causative pathogens were methicillin-susceptible Staphylococcus aureus (MSSA) and streptococci (respectively, 44.6% and 14.2% of cases). Only 11 cases (4.7%) of methicillin-resistant S. aureus (MRSA) arthritis were diagnosed, among which 5 (45.5%) occurred in known carriers. For large-joint infections, amoxicillin/clavulanate or cefuroxime would have been appropriate in 84.5% of cases. MRSA and Mycobacterium tuberculosis would have been the most frequent pathogens that would not have been covered. In contrast, amoxicillin/clavulanate would have been appropriate for only 75.3% of small-joint infections (82.6% if diabetics are excluded). MRSA and Pseudomonas aeruginosa would have been the main pathogens not covered. Piperacillin/tazobactam would have been appropriate in 93.8% of cases (P < 0.01 versus amoxicillin/clavulanate). This statistically significant advantage is lost after exclusion of diabetics (P = 0.19). Conclusions Amoxicillin/clavulanate or cefuroxime would be adequate for empirical coverage of large-joint septic arthritis in our area. A broad-spectrum antibiotic would be significantly superior for small-joint infections in diabetics. Systematic coverage of MRSA is not justified, but should be considered for known carriers. These recommendations are applicable to our local setting. They might also apply to hospitals sharing the same epidemiology.

Toxicity assessment of refill liquids for electronic cigarettes.

We analyzed 42 models from 14 brands of refill liquids for e-cigarettes for the presence of micro-organisms, diethylene glycol, ethylene glycol, hydrocarbons, ethanol, aldehydes, tobacco-specific nitrosamines, and solvents. All the liquids under scrutiny complied with norms for the absence of yeast, mold, aerobic microbes, Staphylococcus aureus, and Pseudomonas aeruginosa. Diethylene glycol, ethylene glycol and ethanol were detected, but remained within limits authorized for food and pharmaceutical products. Terpenic compounds and aldehydes were found in the products, in particular formaldehyde and acrolein. No sample contained nitrosamines at levels above the limit of detection (1 μg/g). Residual solvents such as 1,3-butadiene, cyclohexane and acetone, to name a few, were found in some products. None of the products under scrutiny were totally exempt of potentially toxic compounds. However, for products other than nicotine, the oral acute toxicity of the e-liquids tested seems to be of minor concern. However, a minority of liquids, especially those with flavorings, showed particularly high ranges of chemicals, causing concerns about their potential toxicity in case of chronic oral exposure.

Development and evaluation of double locus sequence typing for molecular epidemiological investigations of Clostridium difficile.

Despite the development of novel typing methods based on whole genome sequencing, most laboratories still rely on classical molecular methods for outbreak investigation or surveillance. Reference methods for Clostridium difficile include ribotyping and pulsed-field gel electrophoresis, which are band-comparing methods often difficult to establish and which require reference strain collections. Here, we present the double locus sequence typing (DLST) scheme as a tool to analyse C. difficile isolates. Using a collection of clinical C. difficile isolates recovered during a 1-year period, we evaluated the performance of DLST and compared the results to multilocus sequence typing (MLST), a sequence-based method that has been used to study the structure of bacterial populations and highlight major clones. DLST had a higher discriminatory power compared to MLST (Simpson's index of diversity of 0.979 versus 0.965) and successfully identified all isolates of the study (100 % typeability). Previous studies showed that the discriminatory power of ribotyping was comparable to that of MLST; thus, DLST might be more discriminatory than ribotyping. DLST is easy to establish and provides several advantages, including absence of DNA extraction [polymerase chain reaction (PCR) is performed on colonies], no specific instrumentation, low cost and unambiguous definition of types. Moreover, the implementation of a DLST typing scheme on an Internet database, such as that previously done for Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa ( http://www.dlst.org ), will allow users to easily obtain the DLST type by submitting directly sequencing files and will avoid problems associated with multiple databases.

Implication des biofilms dans la rhinosinusite chronique et l’évaluation des traitements avec un modèle in vitro

Introduction : La chronicité de la rhinosinusite, sa résistance aux antibiotiques, et ses exacerbations aiguës laissent croire que les biofilms sont impliqués dans la rhinosinusite chronique. Objectifs : Nous avons évalué la capacité des bactéries Pseudomonas aeruginosa, staphylocoques à coagulase négative et Staphylococcus aureus à former des biofilms par un essai in vitro, et si cette capacité de formation a un lien avec l’évolution de la maladie. Nous avons évalué in vitro l’effet de la moxifloxacine, un antibiotique utilisé dans le traitement de la rhinosinusite chronique sur des biofilms matures de Staphylococcus aureus. Méthodes : Trent et une souches bactériennes ont été isolées de 19 patients atteints de rhinosinusite chronique et qui ont subit au moins une chirurgie endoscopique des sinus. L’évolution de la maladie a été notée comme "bonne" ou "mauvaise" selon l’évaluation du clinicien. La production de biofilm a été évaluée grâce à la coloration au crystal violet. Nous avons évalué la viabilité du biofilm après traitement avec la moxifloxacine. Ces résultats ont été confirmés en microscopie confocale à balayage laser et par la coloration au LIVE/DEAD BacLight. Résultat et Conclusion : Vingt deux des 31 souches ont produit un biofilm. La production d’un biofilm plus importante chez Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus était associée à une mauvaise évolution. Ceci suggère un rôle du biofilm dans la pathogenèse de la rhinosinusite chronique. Le traitement avec la moxifloxacine, à une concentration de 1000X la concentration minimale inhibitrice réduit le nombre des bactéries viables de 2 à 2.5 log. Ces concentrations (100 µg/ml - 200 µg/ml) sont faciles à atteindre dans des solutions topiques. Les résultats de notre étude suggèrent que l’utilisation de concentrations supérieure à la concentration minimale inhibitrice sous forme topique peut ouvrir des voies de recherche sur de nouveaux traitements qui peuvent être bénéfiques pour les patients atteints de forme sévère de rhinosinusite chronique surtout après une chirurgie endoscopique des sinus.

Isolement et caractérisation de bactériophages comme moyen de lutte naturel contre les infections nosocomiales

Les infections nosocomiales sont causées par des germes opportunistes souvent résistants aux antibiotiques et persistants sur les surfaces, représentant une source constante de risque d’infection en milieu hospitalier. Dans ce contexte, l’isolement et la caractérisation de bactériophages s’attaquant spécifiquement aux bactéries nosocomiales telles que Staphylococcus aureus résistant (SARM), Enterococcus résistant (ERV), Pseudomonas aeruginosa et Acinetobacter baumanii, pourraient fournir une alternative bactéricide naturelle contre la transmission de ces infections. Des phages isolés des eaux usées, ont été sélectionnés selon leur capacité d’amplification, leur profil génomique et leur potentiel lytique envers différentes souches bactériennes cliniques. Les meilleurs ont été caractérisés en détail pour s’assurer de leur spécificité, sécurité, stabilité et efficacité préalablement à leur utilisation in vivo. Sept phages contre SARM et trois contre Acinetobacter baumanii ont été caractérisés. Quatre phages SARM s’avèrent être de bons candidats potentiels et pourraient être testés en milieu hospitalier comme agents désinfectants dans le but de lutter contre les infections nosocomiales.

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.

Efficacité d’un traitement intra-­mammaire prolongé à base de ceftiofur (Spectramast®) pour les mammites cliniques chez les vaches laitières

Peu d’études ont exploré l’utilisation du traitement prolongé pour les mammites cliniques et aucune ne portait sur l’utilisation du traitement prolongé à base de ceftiofur pour le traitement des mammites cliniques légères à modérées. L’objectif de cette étude était d’évaluer l’efficacité du traitement intra-mammaire prolongé à base de ceftiofur pour les mammites cliniques légères à modérées, en considérant toutes les bactéries responsables ou seulement Staphylococcus aureus (S. aureus) et les streptocoques. Des vaches laitières (n = 241) de 22 élevages du Québec et de l’Ontario ont été inclues. L’étude a été conçue comme un essai clinique à allocation aléatoire. Pour chaque cas de mammite clinique légère à modérée, 125 mg d’hydrochloride de ceftiofur (Spectramast® LC) a été administré par voie intra-mammaire une fois par jour pour 2 ou 8 jours. Le pourcentage de guérison clinique 21 jours après la fin du traitement était de 89% (n = 98/110 pour chaque groupe, p = 0,95). Les pourcentages de guérison bactériologique 21 jours après la fin du traitement pour les groupes 2 jours et 8 jours étaient 32% (n = 15/47) et 61% (n = 25/41) respectivement pour toutes les bactéries (p < 0,01); 64% (n = 9/14) et 82% (n = 9/11) respectivement pour les streptocoques (p = 0,50); et 0% (n = 0/20) et 47% (n = 9/19) pour S. aureus (p < 0,01). Il n'y avait pas de différence entre les 2 groupes pour les nouvelles infections intra-mammaires (p = 0,30). Le traitement prolongé à base de ceftiofur est un choix raisonnable pour le traitement des mammites cliniques légères à modérées, en particulier causées par S. aureus.