Mise en évidence de l’impact des sidérophores dans l’immunité des plantes et évaluation du potentiel clinique des conjugués antibiotiques-sidérophores

Les bactéries peuvent être à la fois nos amies et nos ennemies. Nos amies parce qu’elles nous assistent de plusieurs manières : par exemple dans la digestion de nourritures ainsi que dans le renforcement de notre système immunitaire. En revanche, certaines d’entre elles se retournent contre les organismes supérieurs (les mammifères, les plantes, etc.). Les plantes et les mammifères sont constamment confrontés aux attaques des bactéries pathogènes ; et ceci représente une menace de plus en plus sérieuse pour les êtres humains. D’un côté, les bactéries pathogènes contre les plantes d’intérêts agricoles causent des pertes de production et donc une menace pour le monde à l’accès à la nourriture ; de l’autre, celles pathogènes contre les mammifères représentent une menace pour la santé publique, car beaucoup d’entre elles ont réussi à acquérir des résistances contre les antibiotiques utilisés pour les éliminer. Ces menaces émanant des bactéries pathogènes requièrent donc une constante vigilance afin de mieux les contrôler. La bonne nouvelle, c’est que le mieux nous connaissons les stratégies d’attaque de nos adversaires, le mieux équipés nous serions pour parer à leurs assauts. Les connaissances que nous possédons des bactéries (pathogènes comme non-pathogènes) à date est qu’elles ont besoin, à l’image de la plupart des organismes vivants, de nutriments de base pour se multiplier. L’un de ces nutriments dont les bactéries ne peuvent se passer est le fer. Pour s’acquérir de cet ion dans les environnements où la biodisponibilité du fer est faible (hôtes plantes et mammifères), les bactéries produisent de molécules de petits poids moléculaires appelées sidérophores. Ces sidérophores produits vont aller dans l’environnement des bactéries, chélater le fer présent et le leur ramener. Ceci représente le maillon faible dans l’épanouissement des bactéries et peut donc être exploité pour cibler les bactéries pathogènes aussi bien pour les plantes que les mammifères. C’est ce que nous avons essayé de faire dans ces études car nous savons que les bactéries bénéfiques du sol, appelées aussi plant growth-promoting rhizobacteria ou PGPR, assistent les plantes dans leur nutrition, croissance et défense. La question était d’explorer si les sidérophores bactériens pouvaient jouer un certain rôle dans la défense des plantes. D’autre part, nous savons aussi que certaines bactéries ne produisent pas seulement les sidérophores, mais ajoutent une ogive aux sidérophores pour les transformer en puissantes armes contre les compétiteurs possédant les machineries d’utilisation de leurs sidérophores ; c’est le cas de l’albomycine qui a une structure chimique très similaire à celle du sidérophore ferrichrome. Les bactéries compétitrices se trouvant dans l’environnement de celles produisant l’albomycine et possédant les machineries d’utilisation du ferrichrome vont donc indistinctement internaliser l’albomycine, qui va donc effectuer son action antibiotique une fois internalisée. On pourrait donc imiter les bactéries en attachant des antibiotiques aux sidérophores produits exclusivement par certains genres bactériens pour cibler ces derniers. Lors des études entreprises dans le cadre de cette maîtrise, il a été démontré d’une part que : les sidérophores synthétiques imitant les structures chimiques de ceux naturels produits par certaines bactéries bénéfiques du sol (Acinetobacter spp.) ont un effet antimicrobien in vitro contre un pathogène de plantes, Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 (Pst DC3000) ; ont induit la résistance de la plante de référence, Arabidopsis thaliana contre Pst DC3000 ; ont induit certains marqueurs moléculaires de défense (PR1) contre Pst DC3000 ; ont promu la croissance d’une PGPR de référence, Bacillus subtilis, in vitro, dans les conditions pauvres en fer. Par ailleurs, le conjugué synthétique antibiotique dont une partie contient l’analogue synthétique du sidérophore naturel (fimsbactine) produit par Acinetobacter baumannii, est très actif contre cette espèce bactérienne. En revanche, l’antibiotique utilisé (daptomycine) pour la conjugaison, seul n’a aucune activité contre A. baumannii. La daptomycine qui est un antibiotique utilisé exclusivement en clinique contre les bactéries à Gram positif. À cause de son grand poids moléculaire, la daptomycine ne peut pas traverser la membrane externe des bactéries à Gram négatif. Cependant, lorsqu’elle est couplée à un sidérophore d’une bactérie à Gram négatif, le conjugué ainsi obtenu est activement transporté à l’intérieur de celle-ci afin d’exercer son effet bactéricide. Ces projets d’études ont permis de démontrer les multiples façades des sidérophores et les nombreuses possibilités d’exploitation des sidérophores aussi bien en agriculture qu’en santé humaine. Cependant, beaucoup reste à faire afin de comprendre pleinement les mécanismes moléculaires permettant aux bactéries d’acquérir les nutriments qui leur sont vitaux, et donc de mieux combattre celles qui représentent une menace pour l’agriculture et la santé humaine

Using Dynamic Oral Dosing of Rifapentine and Rifabutin to Simulate Exposure Profiles of Long-Acting Formulations in a Mouse Model of Tuberculosis Preventive Therapy

Administration of tuberculosis preventive therapy (TPT) to individuals with latent tuberculosis infection is an important facet of global tuberculosis control. The use of long-acting injectable (LAI) drug formulations may simplify and shorten regimens for this indication. Rifapentine and rifabutin have antituberculosis activity and physiochemical properties suitable for LAI formulation, but there are limited data available for determining the target exposure profiles required for efficacy in TPT regimens. The objective of this study was to determine exposure-activity profiles of rifapentine and rifabutin to inform development of LAI formulations for TPT. We used a validated paucibacillary mouse model of TPT in combination with dynamic oral dosing of both drugs to simulate and understand exposure-activity relationships to inform posology for future LAI formulations. This work identified several LAI-like exposure profiles of rifapentine and rifabutin that, if achieved by LAI formulations, could be efficacious as TPT regimens and thus can serve as experimentally determined targets for novel LAI formulations of these drugs. We present novel methodology to understand the exposure-response relationship and inform the value proposition for investment in development of LAI formulations that have utility beyond latent tuberculosis infection

Mise en évidence de l’impact des sidérophores dans l’immunité des plantes et évaluation du potentiel clinique des conjugués antibiotiques-sidérophores

Les bactéries peuvent être à la fois nos amies et nos ennemies. Nos amies parce qu’elles nous assistent de plusieurs manières : par exemple dans la digestion de nourritures ainsi que dans le renforcement de notre système immunitaire. En revanche, certaines d’entre elles se retournent contre les organismes supérieurs (les mammifères, les plantes, etc.). Les plantes et les mammifères sont constamment confrontés aux attaques des bactéries pathogènes ; et ceci représente une menace de plus en plus sérieuse pour les êtres humains. D’un côté, les bactéries pathogènes contre les plantes d’intérêts agricoles causent des pertes de production et donc une menace pour le monde à l’accès à la nourriture ; de l’autre, celles pathogènes contre les mammifères représentent une menace pour la santé publique, car beaucoup d’entre elles ont réussi à acquérir des résistances contre les antibiotiques utilisés pour les éliminer. Ces menaces émanant des bactéries pathogènes requièrent donc une constante vigilance afin de mieux les contrôler. La bonne nouvelle, c’est que le mieux nous connaissons les stratégies d’attaque de nos adversaires, le mieux équipés nous serions pour parer à leurs assauts. Les connaissances que nous possédons des bactéries (pathogènes comme non-pathogènes) à date est qu’elles ont besoin, à l’image de la plupart des organismes vivants, de nutriments de base pour se multiplier. L’un de ces nutriments dont les bactéries ne peuvent se passer est le fer. Pour s’acquérir de cet ion dans les environnements où la biodisponibilité du fer est faible (hôtes plantes et mammifères), les bactéries produisent de molécules de petits poids moléculaires appelées sidérophores. Ces sidérophores produits vont aller dans l’environnement des bactéries, chélater le fer présent et le leur ramener. Ceci représente le maillon faible dans l’épanouissement des bactéries et peut donc être exploité pour cibler les bactéries pathogènes aussi bien pour les plantes que les mammifères. C’est ce que nous avons essayé de faire dans ces études car nous savons que les bactéries bénéfiques du sol, appelées aussi plant growth-promoting rhizobacteria ou PGPR, assistent les plantes dans leur nutrition, croissance et défense. La question était d’explorer si les sidérophores bactériens pouvaient jouer un certain rôle dans la défense des plantes. D’autre part, nous savons aussi que certaines bactéries ne produisent pas seulement les sidérophores, mais ajoutent une ogive aux sidérophores pour les transformer en puissantes armes contre les compétiteurs possédant les machineries d’utilisation de leurs sidérophores ; c’est le cas de l’albomycine qui a une structure chimique très similaire à celle du sidérophore ferrichrome. Les bactéries compétitrices se trouvant dans l’environnement de celles produisant l’albomycine et possédant les machineries d’utilisation du ferrichrome vont donc indistinctement internaliser l’albomycine, qui va donc effectuer son action antibiotique une fois internalisée. On pourrait donc imiter les bactéries en attachant des antibiotiques aux sidérophores produits exclusivement par certains genres bactériens pour cibler ces derniers. Lors des études entreprises dans le cadre de cette maîtrise, il a été démontré d’une part que : les sidérophores synthétiques imitant les structures chimiques de ceux naturels produits par certaines bactéries bénéfiques du sol (Acinetobacter spp.) ont un effet antimicrobien in vitro contre un pathogène de plantes, Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 (Pst DC3000) ; ont induit la résistance de la plante de référence, Arabidopsis thaliana contre Pst DC3000 ; ont induit certains marqueurs moléculaires de défense (PR1) contre Pst DC3000 ; ont promu la croissance d’une PGPR de référence, Bacillus subtilis, in vitro, dans les conditions pauvres en fer. Par ailleurs, le conjugué synthétique antibiotique dont une partie contient l’analogue synthétique du sidérophore naturel (fimsbactine) produit par Acinetobacter baumannii, est très actif contre cette espèce bactérienne. En revanche, l’antibiotique utilisé (daptomycine) pour la conjugaison, seul n’a aucune activité contre A. baumannii. La daptomycine qui est un antibiotique utilisé exclusivement en clinique contre les bactéries à Gram positif. À cause de son grand poids moléculaire, la daptomycine ne peut pas traverser la membrane externe des bactéries à Gram négatif. Cependant, lorsqu’elle est couplée à un sidérophore d’une bactérie à Gram négatif, le conjugué ainsi obtenu est activement transporté à l’intérieur de celle-ci afin d’exercer son effet bactéricide. Ces projets d’études ont permis de démontrer les multiples façades des sidérophores et les nombreuses possibilités d’exploitation des sidérophores aussi bien en agriculture qu’en santé humaine. Cependant, beaucoup reste à faire afin de comprendre pleinement les mécanismes moléculaires permettant aux bactéries d’acquérir les nutriments qui leur sont vitaux, et donc de mieux combattre celles qui représentent une menace pour l’agriculture et la santé humaine

A Siderophore Analog of Fimsbactin from Acinetobacter Hinders Growth of the Phytopathogen Pseudomonas syringae and Induces Systemic Priming of Immunity in Arabidopsis thaliana

Siderophores produced in soil by plant growth-promoting rhizobacteria (PGPRs) play several roles, including nutrient mobilizers and can be useful as plants defense elicitors. We investigated the role of a synthetic mixed ligand bis-catechol-mono-hydroxamate siderophore (SID) that mimics the chemical structure of a natural siderophore, fimsbactin, produced by Acinetobacter spp. in the resistance against the phytopathogen Pseudomonas syringaepv tomato DC3000 (Pst DC3000), in Arabidopsis thaliana. We first tested the antibacterial activity of SID against Pst DC3000 in vitro. After confirming that SID had antibacterial activity against Pst DC3000, we tested whether the observed in vitro activity could translate into resistance of Arabidopsis to Pst DC3000, using bacterial loads as endpoints in a plant infection model. Furthermore, using quantitative polymerase chain reaction, we explored the molecular actors involved in the resistance of Arabidopsis induced by SID. Finally, to assure that SID would not interfere with PGPRs, we tested in vitro the influence of SID on the growth of a reference PGPR, Bacillus subtilis. We report here that SID is an antibacterial agent as well as an inducer of systemic priming of resistance in A. thaliana against Pst DC3000, and that SID can, at the same time, promote growth of a PGPR

Impact of Clofazimine Dosing on Treatment Shortening of the First-Line Regimen in a Mouse Model of Tuberculosis

The antileprosy drug clofazimine was recently repurposed as part of a newly endorsed short-course regimen for multidrug-resistant tuberculosis. It also enables significant treatment shortening when added to the first-line regimen for drug-susceptible tuberculosis in a mouse model. However, clofazimine causes doseand duration-dependent skin discoloration in patients, and the optimal clofazimine dosing strategy in the context of the first-line regimen is unknown. We utilized a well-established mouse model to systematically address the impacts of duration, dose, and companion drugs on the treatment-shortening activity of clofazimine in the first-line regimen. In all studies, the primary outcome was relapse-free cure (culture-negative lungs) 6 months after stopping treatment, and the secondary outcome was bactericidal activity, i.e., the decline in the lung bacterial burden during treatment. Our findings indicate that clofazimine activity is most potent when coad-ministered with first-line drugs continuously throughout treatment and that equivalent treatment-shortening results are obtained with half the dose commonly used in mice. However, our studies also suggest that clofazimine at low exposures may have negative impacts on treatment outcomes, an effect that was evident only after the first 3 months of treatment. These data provide a sound evidence base to inform clofazimine dosing strategies to optimize the antituberculosis effect while minimizing skin discoloration. The results also underscore the importance of conducting long-term studies to allow the full evaluation of drugs administered in combination over long durations