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Les antibiotiques
Le terme « antibiotique » a été introduit en 1941 par Selman Abraham Waksman, qui le définit comme étant une molécule produite par un micro-organisme capable de détruire ou d’inhiber la croissance d’autres bactéries. On distingue ainsi deux types d’antibiotiques : les bactériostatiques qui empêchent la prolifération des bactéries ciblées, et les bactéricides qui les éliminent.
Histoire d’une révolution
On attribue souvent le crédit de la découverte du premier antibiotique à Sir Alexander Fleming, mais il a bénéficié de précédents. Les médecines traditionnelles en sont sans doute le plus bel exemple : de nombreux cataplasmes et onguents utilisés pour panser les blessures contenaient des plantes aux vertues antibiotiques, évitant ainsi les infections. En 1877, Louis Pasteur et Jules Francois Joubert constatèrent que la croissance des cultures de Anthrax Bacillus pouvait être inhibée par certaines souches bactériennes véhiculées dans l’air, et que ce fait « pourrait être important dans le domaine thérapeutique ». En 1897, Ernest Duschene présenta sa thèse de médecine intitulée « Contribution à l’étude de la concurrence vitale chez les microorganismes, antagonisme entre les moisissures et les microbes », dans laquelle il prouvait que l’injection à des cobayes de cultures de Penicillium glaucum en même temps que des bactéries pathogènes, permettait « d’atténuer dans de très notables proportions la virulence de ces cultures bactériennes ». Enfin en 1928, alors qu’il étudiait les propriétés d’une famille de bactéries connue sous le nom de Staphylococci, Alexander Fleming constata qu’une moisissure se développant dans une de ses boîtes de culture semblait totalement inhiber la croissance des colonies bactériennes avoisinantes. Il essaya par la suite d’isoler de la moisissure la substance responsable de cette inhibition, qu’il nommât « Pénicilline ».
Ce n’est qu’une dizaine d’année plus tard que Ernst Chain et Howard Florey réussirent à isoler et puriier une forme stable de pénicilline, permettant ainsi de démontrer son intérêt thérapeutique. Les premiers essais chez la souris puis chez l’homme se montrèrent très concluants, et révélèrent l’absence de toxicité. Cependant, son élimination rapide par voie urinaire nécessitait un dosage plus important, et des moyens de production en conséquence. Pour remédier à cela, Florey découvrit et utilisa aux ÉtatsUnis une nouvelle levure (Penicillium Chrysogenum) capable de produire deux cent fois plus de pénicilline que la souche de Fleming. Dès 1941, les laboratoires Pizer mirent à proit leur grande expérience de la fermentation en cuve, et inaugurèrent en 1944 la première usine de production de pénicilline. Fleming, Florey et Chain reçurent le prix Nobel de Physiologie ou Médecine en 1945, pour « la découverte de la pénicilline et ses effets curatifs sur de nombreuses maladies infectieuses ». Bien que les sulfonamides, antibiotiques de synthèse dérivés de colorants, découverts dès 1932 par Gerhard Domagk, aient été les premiers utilisés, c’est l’avènement de la pénicilline lors de la Deuxième Guerre mondiale qui a véritablement lancé l’ère de la thérapie antibiotique. Un exemple remarquable a été la découverte en 1943 par Waksman de la streptomycine, premier antibiotique efficace contre la tuberculose, qui lui a valu le prix Nobel de Physiologie ou Médecine en 1952.
Classification et modes d’actions
La classification actuelle des antibiotiques est basée sur leur mode d’action, associé à un site d’action . Les quatres principaux modes d’action sont l’inhibition de la synthèse de la paroi bactérienne, de la membrane cytoplasmique, des protéines au sein du ribosome et des acides nucléiques (ADN ou ARN) . D’autres mécanismes d’action moins répandus ont également été identifiés, comme par exemple l’inhibition de la synthèse de l’acide folique. On peut noter que le mode d’action le plus souvent mis en œuvre est l’inhibition de la synthèse protéique par interaction avec le ribosome.
La quasi-totalité des familles d’antibiotiques actuels a été découverte entre 1940 et 1960, période communément appelée « l’âge d’or des antibiotiques » (Figure 1.2). Depuis, seules quelques familles (diaminopyrimydines, phosphonates, quinolones, acides pseudomoniques, oxazolidinones et phospholipides) ont été mises à jour. La découverte de ces nombreux antibiotiques a ainsi permis le traitement de maladies supposées « incurables » comme la tuberculose, la pneumonie, le choléra, la peste, le tétanos, la syphilis… Le milieu médical pensait même, au début des années 1970, que le « péril infectieux » était déinitivement écarté. Face à ce succès en médecine humaine, certains ont préconisé l’usage des antibiotiques dans l’industrie agroalimentaire, et ont alors découvert une propriété inattendue de promoteur de croissance chez diférentes espèces animales. L’utilisation d’antibiotiques pour traiter ou prévenir les maladies des cultures s’est aussi démocratisée, à travers l’épandage massif d’antibiotiques dans les champs. La surconsommation des antibiotiques, humaine ou animale, a ainsi répandu et continue de répandre dans l’environnement plusieurs milliers de tonnes d’antibiotiques chaque année.
Apparition du phénomène de résistance
Ces utilisations abusives ont largement contribué à un phénomène dénoncé dès les années 1980 par le monde médical, la résistance des bactéries aux antibiotiques. En effet, le phénomène de « sélection naturelle », introduit par Darwin, assure la survie des bactéries ou des champignons, et leur permet de défendre ou conquérir de nouveaux milieux. La présence accrue d’antibiotiques dans l’environnement exerce ainsi une pression de sélection sur les souches bactériennes, et provoque l’apparition croissante de souches résistantes et multi-résistantes à l’arsenal d’antibiotiques actuels. Un exemple frappant est celui de Staphylococcus aureus : moins d’un an après la découverte de la pénicilline G, il a manifesté des signes de résistance. Dix ans plus tard, la résistance aux β-lactames a entrainé le développement de la méthicilline. Les S. aureus résistants à la méthicilline (SARM) sont ensuite apparus, et en 1986 la vancomycine a été utilisée pour traiter ces infections. Depuis, certains SARM ont évolué vers des S. aureus résistants à la vancomycine (SARV), et la combinaison quinupristine/dalfopristine (Synercid©) puis le linezolide (Zyvox©) ont été approuvés comme nouvelles options thérapeutiques à la in des années 1990. De nombreux mécanismes de défense ont désormais été identifiés. Ces résistances sont de deux types : la résistance naturelle (ou intrinsèque), et la résistance acquise. La résistance intrinsèque est un caractère naturellement présent chez toutes les souches appartenant à une même espèce, et est détectée lors des premières études réalisées afin de déterminer l’activité d’un antibactérien. On en déduit alors le spectre d’action du composé testé. Il existe par exemple chez les bactéries à Gram négatif — par opposition aux bactéries à Gram positif (Figure 1.3) — une membrane externe, qui induit une résistance à plusieurs classes de molécules par un phénomène d’imperméabilisation. La résistance acquise n’apparaît que chez quelques souches d’une espèce normalement sensible. Elle est due à une mutation, aléatoire ou par transfert depuis un autre micro-organisme. Ces mutations peuvent avoir deux origines distinctes. La première est une mutation chromosomique, qui peut être aléatoire ou naturellement présente dans le patrimoine génétique de la bactérie. Cette mutation peut être transmise à la descendance : il s’agit alors d’un transfert vertical. La seconde, beaucoup plus répandue, est issue d’un transfert horizontal de gènes, c’est-à-dire par acquisition d’une information génétique étrangère. Ce processus est rendu possible par la présence d’éléments génétiques mobiles (les plasmides), qui sont des fragments d’ADN présents dans la bactérie distincts de l’ADN chromosomique. Les bactéries sont en effet capables de transmettre des plasmides à d’autres bactéries, y compris d’une espèce ou d’un genre diférents du leur, le plus souvent par simple contact. Ces transferts horizontaux assurent aux bactéries une grande diversité génétique, et expliquent la facilité avec laquelle les résistances sont acquises. Ces résistances peuvent ne concerner qu’un seul type d’antibiotiques, mais on recense depuis quelques années des souches bactériennes multi-résistantes capables de s’opposer à l’action d’antibiotiques de structures et de modes d’action très diférents.
Chacun de ces mécanismes de résistance affecte une des trois conditions nécessaires à l’efficacité de l’antibiotique : (i) pénétrer dans la bactérie ; (ii) garder son intégrité structurelle (ne pas subir de modifications ou être détruit); (iii) interagir avec sa cible pour induire une activité antibiotique.
Ain d’éviter la pénétration de l’antibiotique, ou de limiter sa présence dans le cytoplasme, les bactéries disposent de deux outils distincts, pouvant être complémentaires. Tout d’abord l’imperméabilisation de la paroi bactérienne, qui est un phénomène naturellement présent chez les bactéries à Gram négatif, dû à la présence d’une membrane externe principalement constituée de lipopolysaccharides et de lipoprotéines (Figure 1.3). Ce type de membrane, relativement étanche aux substances externes, comporte néanmoins des systèmes de transport, appelés porines. Ces porines sont en fait des protéines trans membranaires qui permettent des échanges moléculaires entre la bactérie et le milieu extérieur, principalement pour acheminer les nutriments, sels minéraux ou les petites molécules organiques, ou pour détoxiier le cytoplasme. L’altération du nombre ou de la taille de ces porines peut entrainer une résistance à certaines classes d’antibiotiques. Chez les bactéries à Gram positif, il n’existe pas de membrane externe, la paroi bactérienne étant principalement constituée du peptidoglycane relativement perméable aux antibiotiques. Le second outil mis à leur disposition est l’utilisation des pompes d’elux, qui est cette fois-ci possible pour tous les types de bactéries. Les pompes d’elux sont des protéines trans-membranaires qui permettent le transport de certaines molécules (toxines, pesticides, métaux lourds.. .) vers l’extérieur de la bactérie, diminuant ainsi la concentration intracellulaire de l’antibiotique. Ces deux phénomènes, utilisés séparément ou de façon combinée, ont pour efet une augmentation de la concentration maximale inhibitrice (CMI) de l’antibiotique utilisé, et entraînent la résistance à celui-ci.
Le deuxième mécanisme de résistance, le plus connu et étudié à ce jour, est la production d’enzymes capables de modiier ou de métaboliser l’antibiotique. L’exemple le plus commun est certainement celui des β-lactamases, dont plus de 200 types ont été décrits. Ces enzymes ont la capacité d’hydrolyser le cycle β-lactame commun aux pénicillines, céphalosporines, carbapénèmes et monobactames, inhibant ainsi son activité. Il est intéressant de noter que les β-lactamases agissent diféremment chez les bactéries à Gram positif et à Gram négatif. En efet, les enzymes sécrétées par les bactéries à Gram positif sont difusées hors de la cellule, et donc diluées dans le milieu extracellulaire, tandis que celles produites par les bactéries à Gram négatif agissent dans l’espace périplasmique. Cette diférence explique le rôle clé de ces enzymes pour les bactéries à Gram négatif; les β-lactamases ne sont pas difusées à l’extérieur de la cellule, ce qui permet d’augmenter le degré de résistance — particulièrement s’il est couplé à un autre phénomène de résistance tel que les pompes d’elux. D’autres familles d’antibiotiques peuvent être inhibées, comme les aminoglycosides, par des phénomènes de phosphorylation, d’acetylation, d’esteriication ou bien d’adénylation. La production d’enzymes peut se faire de façon continue pour maintenir une concentration constante, ou bien être induite par la présence de l’antibiotique. Ces derniers ont alors diférents degrés de sensibilité et d’induction face à l’enzyme. Un antibiotique qui induit une faible production de l’enzyme, mais qui y est très sensible, n’aura que très peu ou pas d’activité, tandis qu’un antibiotique qui possède un fort pouvoir d’induction mais qui est stable vis-à vis de l’hydrolyse conservera son activité.
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Table des matières
Chapitre 1 : Introduction générale
1. Les antibiotiques
1.1. Histoire d’une révolution
1.2. Classiication et modes d’actions
1.3. Apparition du phénomène de résistance
1.4. Lutte contre les résistances
2. Les hiopeptides antibiotiques
2.1. Origines et structures
2.2. Biosynthèse des thiopeptides antibiotiques
2.3. Propriétés biologiques
3. Principales méthodes de synthèse des thiopeptides antibiotiques de la série d
3.1. Synthèse des unités azole-dipeptides
3.1.1 Cyclisation de précurseurs linéaires
3.1.2 Fonctionnalisation d’azoles par voie organométallique
3.2. Synthèse des cœurs pyridiniques
3.2.1 Synthèse du cœur hétérocyclique par construction du noyau pyridinique central
3.2.2 Fonctionnalisation d’un précurseur pyridinique
4. Conclusion
5. Précédents du laboratoire
5.1. Contexte
5.2. Développement d’une nouvelle méthodologie d’arylation directe régiosélective en position C2 en séries oxazole et thiazole-4-carboxylate
5.2.1 Introduction
5.2.2 Développement méthodologique
5.3. Développement d’une nouvelle méthodologie de fonctionnalisation directe des unités 4-bromo-2-cétothiazoles en position C4 par une séquence de Borylation–Couplage de Suzuki–Miyaura
5.3.1 Introduction
5.3.2 Développement méthodologique
5.4. Applications synthétiques des méthodologies de fonctionnalisation directe en séries oxazole et thiazole-4-carboxylate et 4-bromo-2-cétothiazole
5.4.1 Synthèse de produits naturels oxazoliques
5.4.2 Étude de nouvelles voies d’accès aux cœurs hétérocycliques des thiopeptides antibiotiques de la série d
6. Projet de thèse
Chapitre 2 : Étude d’un plan général dŠaccès à lŠensemble des cœurs de thiopeptides antibiotiques de la série d
1. Rappel du projet
2. Étude de la synthèse de l’intermédiaire clé 6-chloro-3,5-bisthiazolylpyridine 8a
2.1. Préparation de l’intermédiaire commun 6-chloro-5-thiazolylpicolinate d’éthyle 5
2.2. Étude de l’accès à l’intermédiaire 6-chloro-3,5-bisthiazolylpyridine 8a par condensation thiazolique de Hantzsch
3. Évaluation de la séquence BSC pour l’arylation des unités 4-bromo-2,4’-bisthiazoles comportant une chaîne alkyle ou aryle simple en position C2
3.1. Rappel bibliographique sur la séquence Borylation–Couplage de Suzuki–Miyaura
3.2. Extension de la séquence BSC développée en série 4-bromo-2-cétothiazoles au couplage des unités 4-bromo-2,4’-bisthiazoliques
3.2.1 Synthèse du 4-bromo-2’-isopropyl-2,4’-bisthiazole 13
3.2.2 Étude préliminaire de borylation du 4-bromo-2’-isopropyl-2,4’-bisthiazole 13
4. Accès au cœur commun aux amythiamicines à l’aide d’une séquence d’introduction d’une unité 2-cétothiazole suivie de la construction de l’unité bisthiazolique
4.1. Synthèse des thioamides nécessaires à la préparation des cœurs racémiques et énantioenrichis des amythiamicines
4.2. Mise à proit de la séquence BSC en série 4-bromo-2-cétothiazole pour la synthèse de l’intermédiaire 2,3,6-trithiazolylpyridine 25
4.3. Accès inal au cœur hétérocyclique des amythiamicines
4.3.1 Étude de la bromation sélective de l’intermédiaire 2,3,6-trithiazolylpyridine 25
4.3.2 Construction de la dernière unité thiazole du cœur des amythiamicines par condensation de Hantzsch
5. Accès au cœur des amythiamicines par application de la séquence BSC au couplage des unités 4-bromo-2,4’-bisthiazoles comportant un groupement aminométhyle en C2
5.1. Extension de la séquence BSC à l’arylation directe des 4-bromo-2,4’-bisthiazoles 32a et 32b
5.1.1 Synthèse racémique du 4-bromo-2,4’-bisthiazole amino-méthylé 32a
5.1.2 Synthèse énantiosélective du 4-bromo-2,4’-bisthiazole amino-méthylé 32b
5.1.3 Étude préliminaire de borylation des 4-bromo-2,4’-bisthiazoles 32a et 32b
5.2. Application de la méthodologie d’arylation des 4-bromo-2,4’-bisthiazoles aminométhylés en position C2 à la synthèse du cœur des amythiamicines
6. Conclusion
Chapitre 3 : Étude de nouvelles voies dŠaccès à lŠintermédiaire clé 2-chloro-3,6-bisthiazolylpyridine
1. Rappel du projet
2. Étude bibliographique des réactions de substitution nucléophiles d’hydrogène (SnH) en série pyridines N-oxydes
2.1. Addition de nucléophiles sur une pyridine N-oxyde non activée
2.2. Addition de nucléophiles sur une pyridine N-oxyde en présence d’un activateur externe
3. Étude bibliographique des méthodes de cupratation catalytique des 1,3-diazoles
4. Étude de l’addition d’organo-cuivres sur la pyridine N-oxyde activée par le PyBroP
4.1. Étude bibliographique d’activation du processus de déprotonation de 1,3-diazoles
5. Étude d’une méthodologie générale de benzoylation directe des 1,3-diazoles
5.1. Analyse bibliographique des méthodologies d’aroylation directe des 1,3-diazoles
5.2. Étude méthodologique
5.3. Étude de généralisation des conditions de benzoylation directe en série benzothiazole et thiazole
5.4. Étude de généralisation des conditions de benzoylation directe en série (benz)oxazole et oxadiazole
6. Étude préliminaire de génération d’un carbanion en position C2 de 1,3-diazoles et d’interception avec la pyridine N-oxyde activée par le PyBroP
7. Conclusion
Chapitre 4 : Conclusion générale
1. Conclusion
2. Perspectives
Experimental Part
General Informations
Solvents and reagents
Puriication
Spectoscopy
General Procedures
General procedure A: Modiied Hantzsch thiazole synthesis
General procedure B: BSC using Pd2 (dba)3as palladium source
General procedure C: BSC using Pd(OAc)2as palladium source
General procedure D: Direct acylation of azoles-derivatives
Experimental section
Bibliographie
