Liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry-based metabolomics : Analytical developments and applications for the study of S. aureus methicillin resistance

Le taux de mortalité associé aux infections par le S. aureus résistant à la méticilline (SARM) est le plus élevé parmi les infections staphylococciques. Le SARM est aussi la plus fréquente des bactéries multirésistantes, plaçant souvent le médecin en situation d'impasse thérapeutique. Une meilleure compréhension des phénomènes de résistance aux antibiotiques permettrait de mieux détecter ces bactéries et concevoir de nouveaux antibiotiques. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visaient à étudier le phénotype de résistance à la méticilline de S. aureus par une approche métabolomique.La première partie de ce travail a été dédiée au développement des outils nécessaires aux analyses métabolomiques globales de S. aureus. Ces développements ont impliqué la mise place d'un protocole de préparation d'échantillon spécifique et multi-étapes, de méthodes de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (LC/HRMS) et l'implémentation d'une base de données spectrales dédiée.Dans ces conditions, nous avons pu extraire et identifier jusqu'à 210 métabolites intracellulaires, ce qui représente la plus large couverture métabolique de S. aureus obtenue à ce jour. Dans un second temps, nous avons appliqué l'approche développée à l'étude de souches SARM et de souches sensibles à la méticilline (SASM). Après optimisation rigoureuse des conditions de culture, l'étude approfondie de 24 souches cliniques nous a permis de dégager une signature métabolique du phénotype de la résistance à la méticilline, signant notamment l'implication des voies de biosynthèse de la paroi et de la capsule bactérienne.Le séquençage complet du génome de ces 24 souches combiné à l'étude complémentaire de 16 souches de SARM de fonds génétiques différents nous a ensuite permis de souligner la pertinence de cette signature métabolique vis-à-vis du phénotype étudié. Enfin, l'étude de souches isogéniques en présence d'antibiotique a également confirmé l'implication de la synthèse de la paroi dans la distinction SARM/SASM.The mortality rate associated with Methicillin resistant S. aureus (MRSA) is the highest among the staphylococcal infections. A better understanding of antibiotic resistance phenomena would lead to better detect these bacteria and design new antibiotics. In this context, this PhD work aimed to study the MRSA phenotype by using a metabolomics approach. The first part of this work has been dedicated to developing a global metabolomic analysis of S. aureus: i.e., the setting up of a reliable sample preparation protocol, the development of liquid chromatography-high resolution mass spectrometry methods, and the implementation of a dedicated spectral database. Under these conditions, 210 metabolites have been extracted and identified in bacterial cell extracts, which is the widest metabolic coverage of S. aureus obtained to date.Secondly, we have performed a metabolomic study of MRSA and methicillin susceptible S. Aureus (MSSA) strains. The analysis of 24 clinical strains has allowed us to highlight a metabolic signature of MRSA phenotype of which metabolites involved in bacterial wall and capsule biosynthesis pathways were part. The complete genome sequencing of these 24 strains combined with the complementary study of 16 MRSA strains of different genetic backgrounds have reinforced the relevance of this metabolic signature. Finally, the study of isogenic strains in the presence of an antibiotic has confirmed the involvement of metabolites of the wall and capsule biosynthesis pathways in the distinction of MRSA/MSSA phenotypes