Soutenance mémoire
Les antibiotiques et l’antibiorésistance
Généralités sur les antiobiotiques
Les débuts des antibiotiques
Au milieu du XVIIème siècle, les premières formes de vie minuscules furent observées par Antoni Van Leeuwenhoek. Ses observations montrèrent pour la première fois des micro-organismes âgés de plusieurs millions d’années sur Terre. Ses recherches marquèrent un point historique important car ils initièrent les disciplines de la microbiologie et de la bactériologie. Une succession d’événements créera un engouement avec de grandes avancées dans le domaine de la microbiologie. A l’époque, les savants observèrent plus en détail les micro organismes qui sont pathogènes souvent lors de grande épidémie. En 1835, Agostino Bassi prouva l’origine microbienne (Beauveria bassiana) de la maladie des vers à soie appelée muscardine. En 1854, les travaux de Filippo Pacini montrèrent qu’il avait pu isoler le bacille du choléra (Vibrio cholerae) et prouvèrent son rôle d’agent pathogène alors que la troisième pandémie de choléra (1852 1860) fît de nombreux morts. Par ces premières découvertes, la microbiologie a connu un véritable essor initié par plusieurs personnages marquants. Robert Koch, l’un des fondateurs de la bactériologie, prouva le rôle de plusieurs bactéries pathogènes et notamment celles responsables de la tuberculose en isolant des germes (appelé « bacille de Koch », Mycobacterium Tuberculosis), ce qui lui valut le prix Nobel en 1905. Au début du XXème siècle, la syphilis causée par la bactérie Treponema pallidum fît de nombreux morts en Europe. Paul Ehrlich, colauréat du prix Nobel de médecine en 1908 élabora des composés arsenicaux contre la maladie. Ses premiers antibiotiques de synthèse bien qu’ils soient mieux tolérés que le traitement à base de mercure et d’iodure de potassium, restèrenttrès toxiques et nécessitèrent une recherche plus approfondie. Cette période est très importante dans l’histoire des antibiotiques car elle marqua la naissance du premier antibiotique produit de manière industrielle à travers le monde. En 1928, Alexander Fleming fit une découverte majeure en utilisant une nouvelle approche. Il observa qu’une souche de Penicillium notatum était capable d’inhiber la croissance d’une colonie de Staphylococceus Aureus au cours de son développement. En 1940, Howard Florey et Ernst Chain développèrent cette découverte afin d’isoler la substance responsable de cette inhibition : la pénicilline G . Pour ces travaux, les trois scientifiques reçurent le prix Nobel de médecine en 1945 .
La découverte de ces premiers antibiotiques a été un événement incontournable pour la médecine moderne et a permis d’établir les bases de la recherche actuelle de nouveaux médicaments. De 1940 jusque dans les années 60, cette ère était considérée comme l’âge d’or dans la découverte d’un grand nombre de familles d’antibiotiques de type bactériostatique (qui inhibent la croissance) ou bactéricides (qui tuent la bactérie). Au fil des années qui suivirent la mise sur le marché de ces antibiotiques, les bactéries s’adaptèrent et déployèrent les moyens nécessaires pour survivre. La sélection naturelle permit à certaines souches de muter en développant des mécanismes de résistances. Face aux agents antibactériens, les bactéries produisent de nouvelles générations résistantes. Dès l’utilisation massive de la pénicilline, on constata une augmentation du nombre de souches bactériennes résistantes. Ce phénomène a été amplifié par l’usage inadapté et abusif d’autres antibiotiques au cours de ces dernières années. Aujourd’hui, la communauté scientifique craint une crise sanitaire d’envergure due à des souches qui pourraient résister à tous les antibiotiques connus. L’Organisation mondiale de la Santé (OMS) considère cette problématique comme l’une des plus graves menaces sur la santé mondiale. Un plan d’action mondial a été lancé en 2015 se basant sur la surveillance, la prévention et la recherche.
Quelques définitions
Les « antibiotiques » sont des substances naturelles ou synthétiques qui génèrent une toxicité sur les bactéries. Ils sont conçus contre les cellules procaryotes tout en minimisant les effets secondaires sur l’hôte infecté. Les antibiotiques se divisent en deux catégories : les « bactéricides » capables de tuer une bactérie ; et les « bactériostatiques » qui inhibent la croissance bactérienne mais ne tuent pas la bactérie. Un antibiotique est aussi caractérisé par quelques paramètres :
– Le spectre d’activité qui spécifie le nombre de différentes souches sur lesquelles il agit ;
– La concentration minimale inhibitrice (CMI) définie par la concentration minimale permettant d’inhiber la croissance bactérienne dans sa totalité. Il y a deux terminologies qui se déclinent : la « CMI50 » qui est la plus faible concentration inhibant 50% des populations bactériennes et la « CMI90 » qui est la plus faible concentration qui inhibe à 90%. On utilise un autre nom pour la CMI50, l’IC50 (pour inhibition concentration at 50%, en anglais) qui désigne la même chose mais peut être aussi utilisé pour évaluer une activité enzymatique.
– La concentration minimale bactéricide (CMB) est définie par la plus faible concentration qui détruit 99% des bactéries. Les CMI et les CMB sont spécifiques à un antibiotique pour une souche donnée.
Structure de la bactérie
Quelques soient leurs tailles ou leurs formes, les bactéries sont des espèces protozoaires ne contenant pas de noyaux ou d’organites tels que les mitochondries, les réticulums endoplasmiques ou les appareils de Golgi, ceci à la différence des espèces eucaryotes .
La synthèse des protéines et des acides nucléiques ont lieu dans le cytoplasme de la bactérie et le support du matériel génétique est stocké dans le nucléoïde : une zone dense contenant un long filament d’acide désoxyribonucléique (ADN). On retrouve le plasmide, un filament d’ADN circulaire double brin extra-chromosomique qui, par définition, est distinct de l’ADN chromosomique. Une des spécificités des bactéries repose sur leur protection du milieu extracellulaire par une paroi de structure complexe. Cette paroi externe est composée de trois couches : une membrane plasmique, une paroi cellulaire et une capsule. Ceci confère à la bactérie plusieurs propriétés physiques telles qu’une bonne élasticité, une bonne rigidité et une protection contre la pression osmotique du milieu intracellulaire. Les bactéries ont des flagelles sur la paroi cellulaire nécessaires pour leurs mouvements. Il ne faut pas les confondre avec les pili ou les fimbriae qui ont pour rôle d’établir des interactions cellulaires avec d’autres cellules. On retrouve deux types d’enveloppes bactériennes basées sur une méthode de coloration appelée « la coloration de Gram » . La paroi Gram positive (Gram+) possède une structure unimembranée. Elle contient une membrane plasmique avec un espace périplasmique et une épaisse couche d’un biopolymère appelée la chaîne peptidoglycane ou « muréine ».
|
Table des matières
Introduction Générale
Chapitre 1: Vers de nouvelles cibles bactériennes
I Les antibiotiques et l’antibiorésistance
A. Généralités sur les antiobiotiques
1. Les débuts des antibiotiques
2. Quelques définitions
3. Structure de la bactérie
B. Les résistances bactériennes
1. Généralités
2. Principaux mécanismes de la résistance bactérienne
C. Les cibles bactériennes
D. La chaîne peptidoglycane
1. Structure de ce biopolymère
2. La biosynthèse de la chaîne peptidoglycane
II Les Mur Ligases : MurC-F, de nouvelles cibles innovantes
A. Leur rôle, leur topologie
B. Les paramètres enzymatiques et les données mécanistiques
C. La structure cristallographique des enzymes MurC-F
D. Inhibiteurs des MurC-F ligases
1. Inhibiteurs ciblant une seule Mur Ligase
2. Inhibiteurs multiples
III Objectifs de la thèse
Chapitre 2 : Synthèse orientée vers la diversité structurale
I Généralités
A. Objectifs
B. La réaction de Huisgen
II Rétrosynthèse de la Famille I
III Synthèse des analogues de la Famille I
A. Synthèse du 5’-azido-5’-déoxy-uridine
B. Mesure de l’activité inhibitrice des composés de la famille I sur des Mur ligases
1. Méthodologie des essais biologiques
2. Application aux analogues de la famille I
3. Identification des inhibiteurs multiples
4. Structure tridimensionnelle des composés 34 et 36 avec la MurE
IV Rétrosynthèse de la Famille II
V Synthèse des analogues de la Famille II
A. Synthèse du 5’-((prop-2-yn-1-yloxy)methyl)-uridine
B. Synthèse des divers azotures 68-70
C. Synthèse des analogues de la Famille II
1. La réaction de CuAAC des divers azotures synthétiques
2. Un analogue contenant un phényle en position 5 de l’uridine
3. Synthèse des dérivés acide dicarboxyliques de la Famille II
D. Evaluations biologiques des analogues de la Famille II
1. Test one pot sur les MurA-F
2. Test one pot sur une enzyme ciblée
VI Synthèse d’un analogue de type cyclobutène-dione
VII Conclusion
Experimental part of Chapter 2
Chapitre 3: Nouvelle stratégie de synthèse d’analogues carbanucléosides visant les Mur Ligases
I Objectifs
II Etudes in silico de carbanucléosides potentiellement actifs des Mur ligases
III Etat de l’Art sur les voies d’accès aux carbanucléosides
A. Voies synthétiques convergentes
B. Voies synthétiques linéaires
C. Stratégies de synthèse du pseudo-sucre carbocyclique à 5 chaînons
D. Notre stratégie de synthèse
IV Rétrosynthèse proposée
V Synthèse du β-céto ester cyclopentanone vinylique
A. Synthèse du β-cétoester acyclique
B. La cyclisation par activation C-H allylique pallado-catalysée
1. Généralités sur l’activation C-H
2. Généralités sur l’activation C-H allylique
3. Application de l’activation C-H allylique au laboratoire
C. Conclusion
VI Rétrosynthèse pour les molécules de la chimiothèque par la stratégie connue
VII Synthèse du composé 2 visant les Mur Ligases
A. La synthèse du cyclopentyl vinylique
B. La synthèse du carbanucléoside
C. Synthèse de l’alcène portant le motif ester 3,5-phénylique de methyle
D. La métathèse croisée d’oléfines et l’étape de déprotection
E. Conclusion
V Conclusions
Conclusion Générale
