Thèse Année : 2024

Impact of bacterial biofilm adaptation to biocides on antibiotic resistance

Impact de l'adaptation des biofilms bactériens aux biocides désinfectants sur l'antibiorésistance

Résumé

The increase in antimicrobial resistance increase poses a significant threat to public health. Identifying factors contributing to the emergence of antibiotic resistance in industrial environments is crucial for adapting our practices and limiting the emergence of antimicrobial resistance. Biocidal substances used for disinfection procedures could contribute to the selection of cross-resistance to antibiotics in bacterial populations. However, very few data are available on biofilms, which are surfaceassociated bacterial communities that represent the primary bacterial lifestyle and exhibit specific adaptation capacities. Therefore, this thesis aimed to better understand how the biofilm lifestyle affects bacterial adaptation to biocidal stresses and the cross-selection of antibiotic resistance. Biofilms of nine Escherichia coli strains were exposed to four biocidal active substances for a month, and resistance to various antibiotics was quantified. Phenotypic and genomic characterizations of resistant variants provided insights into the role of biofilms in the selection of these resistances and the underlying mechanisms. Links between the exposure to several biocides and antibiotic cross-resistances were identified. Exposure to N-(3-aminopropyl)-N-dodecylpropane1,3- diamine (Triamine, TMN) and benzalkonium chloride (BAC) led to a significant increase in rifampicin-resistant (RifR) variants in biofilms compared with exposure to H2O. A recurrence of LPS modifications was identified in the RifR variants from the TMN condition. These variants had competitive advantages over parental strains at both the individual and collective biofilm levels, supporting the likelihood of a higher risk of dissemination throughout the food chain. Another association was found between the exposure to polyhexamethylene biguanide (PHMB) and the selection of resistance to aminoglycosides. Results revealed that PHMB induced structural modulations in biofilms that altered the physiological response in various strains, which was associated with the emergence of an adaptive cross-resistance to gentamicin. Overall, this research highlights the importance of studying biofilms, which shape the evolutionary pathways of bacteria. Findings will be used to better assess the risks associated with biocide usage in relation to antibiotic resistance, and ultimately identify cross-resistance development markers that can be used to develop surveillance tools in the food chain.
L’augmentation de la résistance aux antimicrobiens constitue une menace majeure pour la santé publique. L’identification des facteurs contribuant à l’émergence de résistances aux antibiotiques dans les environnements industriels est essentielle pour adapter nos pratiques et limiter leur propagation. Les substances biocides utilisées pour les procédures de désinfection pourraient favoriser la sélection croisée de résistances aux antibiotiques dans les populations bactériennes. Cependant, peu de données existent sur les biofilms, des communautés bactériennes fixées aux surfaces, qui représentent pourtant le mode de vie bactérien principal et qui possèdent des capacités d’adaptation spécifiques. Les objectifs de cette thèse étaient donc de mieux comprendre comment le mode de vie biofilm influence l’adaptation bactérienne face aux stress biocides et la sélection croisée de résistances aux antibiotiques. Des biofilms de neuf souches d’Escherichia coli ont été exposés pendant un mois à quatre substances actives biocides, et la résistance à divers antibiotiques a été quantifiée. Les caractérisations phénotypiques et génomiques des variants résistants ont ensuite permis d’élucider le rôle des biofilms dans la sélection de ces résistances ainsi que les mécanismes sous-jacents. Des liens entre l’exposition à plusieurs biocides et la sélection croisée de résistances aux antibiotiques ont été identifiés. L’exposition au N-(3-aminopropyl)-N-dodécylpropane-1,3-diamine (Triamine, TMN) et au chlorure de benzalkonium (BAC) a induit la sélection de variants résistants à la rifampicine (RifR) dans les biofilms, par rapport à l’exposition à H2O. Une récurrence de modifications du LPS a été identifiée dans les variants RifR de la condition TMN. Ils présentaient des avantages compétitifs par rapport aux souches parentales, aussi bien au niveau individuel que collectif dans les biofilms, renforçant ainsi leur risque de dissémination dans la chaîne alimentaire. Une autre association a été trouvée entre l’exposition au polyhexaméthylène biguanide (PHMB) et la sélection de résistances aux aminosides. Les résultats ont montré que le PHMB induisait des modifications structurelles des biofilms, altérant ainsi la réponse physiologique dans diverses souches, ce qui a été associé à l’émergence d’une résistance croisée adaptative à la gentamicine. Globalement, cette recherche souligne l’importance d’étudier les biofilms, qui façonnent les voies évolutives des bactéries. Les résultats permettront d’évaluer plus précisément le risque lié à l’utilisation des biocides en relation avec la résistance aux antibiotiques, et d’identifier des marqueurs de développement de résistances croisées, utilisables pour développer des outils de surveillance dans la chaîne alimentaire.
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tel-04829011 , version 1 (10-12-2024)

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  • HAL Id : tel-04829011 , version 1

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Citer

Raphaël Charron. Impact de l'adaptation des biofilms bactériens aux biocides désinfectants sur l'antibiorésistance. Microbiologie et Parasitologie. 2024. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04829011⟩
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