IS1294b : vecteur puissant pour la mobilisation des gènes de résistance aux antibiotiques

Au cours de cette étude, nous avons montré expérimentalement que l’IS1294b était capable de mobiliser le gène blaCMY-2 d'un plasmide à un autre, via le mécanisme de "one-ended transposition". Nos expériences argumentent fortement l’hypothèse de l'implication de l'IS1294b dans la formation d'un plasmide IncI1 (p2735) par mobilisation d'une séquence de 6,3 kb provenant d'un plasmide IncA/C (Yassine, Bientz et al. 2015). Comme l’ISEcp1, l’IS1294b n’a pas besoin de former un transposon composite (2 IS identiques ou similaires encadrant la région à mobiliser). L’IS1294b (une seule IS est nécessaire à la mobilisation) est par conséquent un vecteur très puissant de dissémination des gènes.

Nos résultats suggèrent qu’elle pourrait jouer un rôle important dans l'évolution et la diversité génique des plasmides de différents groupes d'incompatibilité. L’analyse du séquençage haut débit d’un grand nombre de plasmides conjugatifs a montré qu’elle était souvent associée au gène blaCMY-2. L’analyse de différents contextes du gène blaCMY-2

associés à l’IS1294/IS1294b, suggèrent que plusieurs évènements différents de transposition du gène blaCMY-2 à partir de plasmides de type IncA/C à d’autres plasmides pourraient s’être produits via la "one-ended transposition" (figure 55). En effet, nous avons identifié l’IS1294b-blaCMY-2 sur un plasmide IncI1 appartenant à une séquence de type ST25-like (ST156). Un contexte similaire à celui de l’IS1294b a été identifié sur cinq plasmides partiellement séquencés de type Inc1 isolés de souches d’E. coli en France, incluant le plasmide pTN38148 (Verdet, Gautier et al. 2009). Le même contexte a également été retrouvé sur le plasmide pR7AC appartenant au type IncI1-ST2, chez des souches d’E. coli isolées en Europe (Minoia 2012; Tagg, Iredell et al. 2014). Un autre contexte (159 pb de ‘’backbone’’ IncA/C) a aussi été identifié sur un plasmide de type Inc1-ST2 (pJIE512b) isolé de souches d’E.coli collectées en Australie (Tagg, Iredell et al. 2014) (Tagg). Les plasmides Inc1-ST25-like et Inc1-ST2 présentent des différences significatives qui permettent de les classer dans des complexes clonaux différents (Johnson, Shepard et al. 2011; Yassine, Bientz et al.

111 2015). Un autre contexte IS1294b-blaCMY-2 a aussi été identifié sur des plasmides de type IncFII (Karczmarczyk, Wang et al. 2014) (figure 55).

Figure 55 : Différents contextes du gène blaCMY-2 sur des plasmides appartenant à de groupes d’incompatibilité ou complexes clonaux différents (pour IncI1). Adaptée de (Tagg, Iredell et al. 2014).

Le gène tnpA est orienté par une flèche rose (selon le sens de sa transcription). L’ISEcp1 tronquée est indiquée comme une flèche violette. Le gène blaCMY-2 et le sens de transcription sont disposée selon la flèche noire. La séquence directe (ATTTC) de l’ISEcp1 est notée. La séquence terIS-like (ou ter2 pour le p2735, figure 37, Chapitre IV) est indiquée par un cercle noir. La séquence mobilisée, à partir du ‘’backbone de plasmide IncA/C, ainsi que sa longueur sont montrées en rouge.

Dans la littérature, le gène blaCMY-2 a été initialement retrouvé aux USA chez des entérobactéries contenant des plasmides conjugatifs de type IncA/C (Carattoli 2009). La majorité de ces souches appartenait aux espèces E. coli et Salmonella et était d'origine animale (Carattoli 2009). En Europe et depuis les années 2000, ce gène est identifié majoritairement, la fois sur des plasmides IncA/C et IncI1, chez des souches isolées chez les animaux d'élevage et chez des bactéries responsables d'épidémies chez l'Homme (Carattoli 2009). En médecine vétérinaire, l'utilisation des céphalosporines à large spectre, comme le ceftiofur, a été incriminée comme pouvant être l’un des facteurs important de pression de sélection responsable de la propagation des plasmides porteurs du gène blaCMY-2 entre les entérobactéries de la flore digestive du bétail (Alcaine, Sukhnanand et al. 2005; Singer, Patterson et al. 2008). L'homme a pu se contaminer par ingestion de bactéries productrices de CMY-2, en consommant des aliments d'origine animale (Chang, Wang et al. 2015). Il est à

112 rappeler que la souche de K. pneumoniae Kp2735 isolée chez un patient de réanimation, appartient à la séquence type ST215. Des souches avec cette séquence type ont été très peu référencées dans la littérature, mais la première description a été faite aux Etats-Unis en 2007, au cours de mastites chez les bovins (Habeeb, Haque et al. 2013). Des souches ST215 chez des patients, responsables d’infections urinaires ont également été documentées (Habeeb, Haque et al. 2013). Ainsi, le fait de retrouver K. pneumoniae ST215, aussi bien chez l’animal que chez l’Homme, pourrait suggérer une voie possible pour la dissémination du gène blaCMY-2. Par ailleurs, les gènes blaCMY-2 étant situés sur des plasmides conjugatifs, ces derniers peuvent transférer entre différentes entérobactéries, que ce soit lors de leur séjour dans le système digestif de l’animal ou de l’Homme. Les plasmides IncA/C sont des plasmides à large spectre d'hôte qui ont la particularité de transférer fréquemment entre des espèces bactériennes distinctes. Cependant, ils ne seraient pas capables de s'adapter très vite à des hôtes différents (De Gelder, Williams et al. 2008). Ainsi, la mobilisation du gène blaCMY-2 sur des plasmides à spectre plus étroit, comme les plasmides de type IncI1, mieux adaptés à leur niche écologique pourrait favoriser la persistance des gènes de résistance chez l’Homme (De Gelder, Williams et al. 2008). Par ailleurs, plusieurs études ont suggéré que certains plasmides IncA/C ont perdu leur capacité à conjuguer, suite à l'intégration du gène blaCMY-2

dans des régions tra indispensables au transfert (Poole, Edrington et al. 2009; Arpin, Thabet et al. 2012). Ainsi, le transfert du gène blaCMY-2 sur le plasmide conjugatif de type IncI1 (p2735), via le mécanisme de "one-ended transposition" médié par l'IS1294b pourrait représenter une voie alternative pour sa dissémination.

Les IS1294 et IS91 ont souvent été retrouvées à proximité de gènes de virulence (Garcillan-Barcia and de la Cruz 2002). L’exemple donné dans cette étude avec le gène blaCMY-2, pourrait être élargi à la dissémination d’autres gènes.

Notre étude constitue une première description expérimentale de la mobilisation d'un gène d’une ß-lactamase par un élément appartenant à la famille des IS91-like. Il a aussi été suggéré que les éléments ISCRs sont apparentés aux IS91 (Toleman, Bennett et al. 2006). Un des membres en particulier, l’ISCR1, a été associé à une très grande variété des gènes de résistance aux antibiotiques, incluant des gènes de résistance aux -lactamines, aminosides, quinolones, triméthoprime, chloramphénicol etc… (Rodriguez-Martinez, Poirel et al. 2006;

113 Toleman, Bennett et al. 2006; Toleman, Bennett et al. 2006). L’ISCR1 pourrait avoir été impliquée très efficacement dans l'évolution des plasmides, notamment de type IncA/C, et dans la dissémination rapide de la résistance aux antibiotiques (Toleman and Walsh 2010). Cependant, l'ISCR1 présente sur les intégrons complexes de classe 1 ne semble pas être fonctionnelle, probablement en raison de la survenue d’évènements de délétions (Toleman, Bennett et al. 2006). Ainsi, son rôle dans le transfert des gènes de résistance aux antibiotiques, via le mécanisme de "one-ended transposition" n'a jamais été démontré expérimentalement. Comprendre le fonctionnement de l’IS1294b (mécanisme de transposition, régulation, association avec les protéines de l’hôte, facteurs favorisant sa dissémination …) pourrait aussi servir de modèle d’étude et ouvrir des voies à la compréhension du rôle des ISCRs dans la dissémination des gènes de résistance.

2) Développement de tests de transposition alternatifs et étude de l’expression de la