Phenolic Substitution in Fidaxomicin: A Semisynthetic Approach to Antibiotic Activity Across Species

Fidaxomicin (Fdx) is a natural product antibiotic with potent activity against Clostridioides difficile and other Gram-positive bacteria such as Mycobacterium tuberculosis. Only a few Fdx derivatives have been synthesized and examined for their biological activity in the 50 years since its discovery. Fdx has a well-studied mechanism of action, namely inhibition of the bacterial RNA polymerase. Yet, the targeted organisms harbor different target protein sequences, which poses a challenge for the rational development of new semisynthetic Fdx derivatives. We introduced substituents on the two phenolic hydroxy groups of Fdx and evaluated the resulting trends in antibiotic activity against M. tuberculosis, C. difficile, and the Gram-negative model organism Caulobacter crescentus. As suggested by the target protein structures, we identified the preferable derivatisation site for each organism. The derivative ortho-methyl Fdx also exhibited activity against the Gram-negative C. crescentus wild type, a first for fidaxomicin antibiotics. These insights will guide the synthesis of next-generation fidaxomicin antibiotics

Regulation of an efflux pump and otherB-lactams resistance factors in Caulobacter crescentus

Le but de cette thèse est l'analyse en détails des différents facteurs de résistance aux β-lactamines portés par Caulobacter crescentus. La première partie se concentre sur l'examen de la régulation de la pompe à efflux AcrAB-NodT. Nous décrivons ici la séquence utilisée par le répresseur TipR pour lier l'ADN, et comment il peut agir en tant que senseur de 14 molécules inductrices qui vont déclencher la surexpression soit par interaction direct entre l'inducteur et TipR, soit en utilisant un procédé de dégradation dépendant de l'action de ClpXP. Le niveau important de synthèse protéique durant l'induction nécessite l'action des co-chaperones DnaJ et DjlA, soit pour assurer le bon fonctionnement de la cellule, soit pour lutter contre les effets néfastes causés par la surabondance de structures trans membranaires qui nuisent à l'intégrité de la membrane externe. Nous démontrons l'importance d'un tel système de régulation, notamment pour permettre à notre bactérie modèle de survivre aux β-lactamines en utilisant la pompe à efflux AcrAB-NodT, soit par mutations, soit par de nombreuse molécules inductrices, y compris les quinolones. La seconde partie explore le grand nombre de facteurs de résistance aux β-lactamines portés par Caulobacter crescentus. Nos travaux décrivent le grand niveau de protection conféré par pbpX contre la plupart des β-lactamines, ainsi que son rôle dans la maintenance de l'intégrité membranaire ou du gradient de proton. L'impact de cette enzyme peut être détecté à la fois sur la pompe à efflux AcrAB-NodT et sur le cycle cellulaire de la bactérie. Nous avons découvert l'importance de BlaII, une protéine de la famille des β-lactamases qui n'a pas d'activité hydrolytique, mais qui est essentielle pour la cellule en l'absence de PbpX et qui est impliquée dans la survie en milieu à faible pression osmotique. Nous avons également observé de potentiels nouveaux gènes de résistance qui sont normalement régulés suivant le cycle cellulaire mais qui peuvent être induit par des dommages causés à la paroi cellulaire. Finalement, notre travail explore la transmissibilité des facteurs de résistance. Nous décrivons un effet protecteur de la pompe à efflux AcrAB-NodT limité seulement à quelques espèces bactériennes alors que l'expression de β-lactamases provenant de diverse bactérie tel que Asticcacaulis, Caulobacter et Ensifer chez E. coli ou Caulobacter crescentus démontre une excellente protection mais avec une gamme de substrat plus varié. Pour résumer, le travail présenté ici démontre les très nombreuses possibilités par lesquelles la bactérie environnementale Caulobacter crescentus peut détecter et survivre à une grande variété de molécules créées par l'homme

Caractérisation et phénotype symbiotique de la protéine sécrétée RTX1 de NGR234

Les bactéries du sol nommées rhizobia forment des symbioses fixatrices d'azote avec la plupart des légumineuses. La réduction de l'azote se passe à l'intérieur de nodosités qui se forment principalement sur les racines des plantes. Les rhizobia présents dans le sol doivent donc pénétrer les tissus végétaux. Ce processus infectieux connu sous le nom de nodulation implique l'échange de nombreux signaux moléculaires. Une des souches modèles pour étudier ces échanges est Sinorhizobium fredii NGR234, dont le spectre d'hôte est particulièrement étendu. Des analyses transcriptomiques ont mis en évidence la présence d'un groupe de gènes qui sont exprimés lorsque les bactéries sont en présence de flavonoïdes, normalement synthétisés par les plantes hôtes. Notre travail de Master consistait à vérifier qu'un de ces gènes, dénommé rtx1, codait effectivement pour une protéine appartenant à la famille des RTX et de déterminer si celle-ci jouait un rôle dans les interactions symbiotiques de NGR234

Adaptive β-lactam resistance from an inducible efflux pump that is post-translationally regulated by the DjlA co-chaperone

The acquisition of multidrug resistance (MDR) determinants jeopardizes treatment of bacterial infections with antibiotics. The tripartite efflux pump AcrAB-NodT confers adaptive MDR in the polarized α-proteobacterium Caulobacter crescentus via transcriptional induction by first-generation quinolone antibiotics. We discovered that overexpression of AcrAB-NodT by mutation or exogenous inducers confers resistance to cephalosporin and penicillin (β-lactam) antibiotics. Combining 2-step mutagenesis-sequencing (Mut-Seq) and cephalosporin-resistant point mutants, we dissected how TipR uses a common operator of the divergent tipR and acrAB-nodT promoter for adaptive and/or potentiated AcrAB-NodT-directed efflux. Chemical screening identified diverse compounds that interfere with DNA binding by TipR or induce its dependent proteolytic turnover. We found that long-term induction of AcrAB-NodT deforms the envelope and that homeostatic control by TipR includes co-induction of the DnaJ-like co-chaperone DjlA, boosting pump assembly and/or capacity in anticipation of envelope stress. Thus, the adaptive MDR regulatory circuitry reconciles drug efflux with co-chaperone function for trans-envelope assemblies and maintenance

Phenolic substitution in Fidaxomicin: a semisynthetic approach to antibiotic activity across species

Fidaxomicin (Fdx) is a natural product antibiotic with potent activity against Clostridioides difficile and other Gram-positive bacteria such as Mycobacterium tuberculosis. Only few Fdx derivatives have been synthesized and examined for their biological activity in the 50 years since its discovery. Fdx has a well-studied mechanism of action, namely inhibition of the bacterial RNA polymerase. Yet, the targeted organisms harbor different target protein sequences, which poses a challenge for the rational development of new semisynthetic Fdx derivatives. We introduced substituents on the two phenolic hydroxy groups of Fdx and evaluated the resulting trends in antibiotic activity against M. tuberculosis, C. difficile, and the Gram-negative model organism Caulobacter crescentus. As suggested by the target protein structures, we identified the preferable derivatisation site for each organism. The derivative ortho-methyl Fdx also exhibited activity against the Gram-negative C. crescentus wild type, a first for fidaxomicin antibiotics. These insights will guide the synthesis of next-generation fidaxomicin antibiotics

Phenolic Substitution in Fidaxomicin: A Semisynthetic Approach to Antibiotic Activity Across Species

Fidaxomicin (Fdx) is a natural product antibiotic with potent activity against Clostridioides difficile and other Gram-positive bacteria such as Mycobacterium tuberculosis. Only few Fdx derivatives have been synthesized and examined for their biological activity in the 50 years since its discovery. Fdx has a well- studied mechanism of action, namely inhibition of the bacterial RNA polymerase. Yet, the targeted organisms harbor different target protein sequences, which poses a challenge for the rational development of new semisynthetic Fdx derivatives. We introduced substituents on the two phenolic hydroxy groups of Fdx and evaluated the resulting trends in antibiotic activity against M. tuberculosis, C. difficile, and the Gram-negative model organism Caulobacter crescentus. As suggested by the target protein structures, we identified the preferable derivatisation site for each organism. The derivative ortho-methyl Fdx also exhibited activity against the Gram-negative C. crescentus wild type, a first for fidaxomicin antibiotics. These insights will guide the synthesis of next-generation fidaxomicin antibiotics