Étude de l'activité inhibitrice de nouvelles bêta-lactamines contre les bactéries à Gram négatif et positif

L’augmentation de la prévalence des infections causées par des microorganismes multirésistants pèse sur la conscience des scientifiques depuis longtemps. S’il y a quelques décennies une nouvelle molécule antibiotique était découverte tous les dix ans, ce n’est plus le cas aujourd’hui. Parmi les découvertes notables se retrouvent les β-lactamines. Les molécules composant cette classe d’antibiotiques agissent en inhibant avec plus ou moins d’affinité les penicillin-binding proteins. Ces enzymes sont responsables de la formation du peptidoglycane; une structure essentielle pour le maintien de l’intégrité bactérienne. Leur efficacité, leur basse toxicité et leur large spectre d’activité envers plusieurs espèces bactériennes en font les antibiotiques de première ligne pour le traitement de multiples infections dans le monde. Or, cette surutilisation entraîne l’augmentation du nombre de molécules antibiotiques maintenant devenues inefficaces à la suite du développement de résistances bactérienne et force la recherche de nouvelles alternatives. Deux stratégies ont été explorées dans ma maîtrise afin de revaloriser les β-lactamines : l’amélioration des propriétés pharmacodynamiques et la conjugaison à un sidérophore pour augmenter leur entrée chez les bactéries à Gram négatif. Premièrement, les résultats présentés dans ce mémoire démontrent la liaison du tébipénème-pivoxil-hydrobromate (TBPM-PI-HBr) aux PBPs de différents microorganismes d’importance clinique. Le tébipénème-pivoxil, la prodrogue du tébipénème, est déjà approuvée pour utilisation clinique au Japon et constitue la seule carbapénème pouvant être administrée oralement. Présentement, la compagnie Spero Therapeutics Inc. optimise sa formulation pour augmenter son accumulation dans les reins comme alternatives aux fluoroquinolones dans le traitement d’infections urinaires compliquées. L’objectif est son approbation pour utilisation clinique en Amérique du Nord. Cependant, certains tests, dont la caractérisation de la liaison aux PBPs chez les microorganismes cibles (Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae), manquaient. Les tests d’affinité aux PBPs ont été effectués grâce à une molécule fluorescente reportrice, la Bocillin FL. Pour ces microorganismes, la PBP2 était la cible principale menant à l’élargissement des cellules dû à un peptidoglycane déficient. Pseudomonas aeruginosa, aussi testé, montrait une inhibition double des PBP2 et PBP3, alors que Staphylococcus aureus voyait sa PBP1 inhibée avec la meilleure affinité. L’ajout des mesures de concentrations minimales inhibitrices et les phénotypes observés en microscopie en contraste de phase ont permis de brosser un portrait global de l’activité in vitro du tébipénème. Les résultats appuient la continuation des études pour l’obtention d’une homologation pour usage clinique. La deuxième partie du mémoire présente un profil d’inhibition de conjugués sidérophore-β-lactamines (SID-βL). Ces molécules, qui pourraient constituer une nouvelle classe d’antibiotique, permettent de surmonter l’imperméabilité des membranes externes des bactéries à Gram négatif par l’utilisation des transporteurs de fer spécifiques au sidérophore. En camouflant l’antibiotique sur un sidérophore, la β-lactamine est internalisée et rejoint les PBPs situées dans le périplasme. Les SID-βL exploitent donc le métabolisme essentiel du fer, afin de revaloriser certaines β-lactamines. Dans ce mémoire un bis-catéchol (sidérophore) est lié soit à l’ampicilline, au céfaclor ou au loracarbef (toutes des β-lactamines) et un bis-catéchol-mono-hydroxamate (sidérophore) est lié au céfaclor. Ces conjugués n’ont pas entraîné de bénéfices contre la bactérie à Gram positif S. aureus qui ne possède pas de barrière de perméabilité. Cependant, le bis-catéchol-ampicillin s’est avéré efficace contre P. aeruginosa. Il était le seul conjugué actif contre cette espèce, alors que tous les conjugués étaient actifs contre A. baumannii. Contre K. pneumoniae et E. coli, les conjugués les plus actifs étaient les bis-catéchol-loracarbef/céfaclor. Ce profil d’inhibition démontre la spécificité qu’entraîne la conjugaison à un sidérophore et établit la preuve qu’il est possible de surmonter des mécanismes de résistance intrinsèques aux bactéries à Gram négatif grâce au système de transport du fer