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One Health European Joint Programme is acknowledged for the funding of the ListAdapt project and the support of A.G.’s postdoctoral fellowship. Laurent Guillier is acknowledged for his participation in the supervision of the ListAdapt project.; International audience; In this contribution, the antimicrobial susceptibility toward 11 antibiotics and four biocides of a panel of 205 Listeria monocytogenes (Lm) strains isolated from different ecological niches (i.e., food, animals and natural environment) was evaluated. The impact of exposure to biocides on the antibiotic susceptibilities of Lm was also investigated. Lm strains isolated from food exhibited overall a lower susceptibility (higher minimal inhibitory concentrations, MIC) for ammonium quaternary compounds (QACs) and peracetic acid (PAC) than strains isolated from animals and natural environments. Conversely, the ecological origins of Lm strains did not significantly affect their susceptibilities towards antibiotics. Interestingly, repeated exposure to QACs recurrently led to a decrease in susceptibility toward ciprofloxacin (CIP), a fluoroquinolone antibiotic, largely used in human medicine. Moreover, these lower levels of susceptibility to CIP remained stable in most Lm strains even after subcultures without biocide selection pressure, suggesting an adaptation involving modifications at the genetic level. Results underlined the ability of Lm to adapt to biocides, especially QACs, and the potential link between this adaptation and the selection of resistance toward critical antibiotics such as ciprofloxacin. These data support a potential role of the extensive use of QACs from “farm to fork” in the selection of biocide and antibiotic resistance in pathogenic bacteria such as Lm.

Les ammoniums quaternaires sont des substances aux propriétés tensio-actives et bactériostatiques largement utilisées au quotidien, dans des produits de nettoyage, des désinfectants et de nombreux produits cosmétiques. L’exposition professionnelle aux ammoniums quaternaires est à l’origine de pathologies respiratoires et dermatologiques comme l’asthme et la dermatite de contact. L’hypothèse de l'étude IMMUQUAP est qu’il est possible de se sensibiliser aux molécules d’AQ présentes dans les produits d’usage courant et de développer par la suite des pathologies allergiques.

National audience; Les ammoniums quaternaires sont des substances aux propriétés tensio-actives et bactériostatiques largement utilisées au quotidien, dans des produits de nettoyage, des désinfectants et de nombreux produits cosmétiques. L’exposition professionnelle aux ammoniums quaternaires est à l’origine de pathologies respiratoires et dermatologiques comme l’asthme et la dermatite de contact. L’hypothèse de l'étude IMMUQUAP est qu’il est possible de se sensibiliser aux molécules d’AQ présentes dans les produits d’usage courant et de développer par la suite des pathologies allergiques.

La résistance aux antibiotiques est l'une des menaces les plus graves pour la santé mondiale de nos jours. L'émergence de bactéries multirésistantes encourage les chercheurs à développer de nouveaux antibiotiques et stratégies pour compenser leurs différents mécanismes de résistance. L'un de ces mécanismes de défense est la formation de biofilms. Sous cette forme, les bactéries développent une matrice extracellulaire protectrice les rendant plus résistantes à divers traitements antimicrobiens. Nous avons conçu et synthétisé des composés de déstabilisation des membranes avec des caractéristiques clés : un cation benzimidazolium ou imidazolium, une chaîne apolaire hydrophobe et/ou un site de reconnaissance des anions lipophiles. Ces caractéristiques leur confèrent une activité antimicrobienne accrue et une grande capacité à perturber les membranes cellulaires. Ces composés perturbateurs de la membrane agissent via un mécanisme rapide et efficace et ont montré de bons résultats contre les souches de SARM (staphylococcus aureus résistant à la méthiciline) en tant que candidats antibiofilms prometteurs. Ces nouveaux agents ont le potentiel de se disperser et d'inhiber la formation de biofilms et pourraient avoir un impact positif sur la médecine humaine à l'avenir., Antibiotic resistance is one of the most serious threats to global health nowadays. Emergence of resistant bacteria encourages researchers to develop new antibiotics and strategies to mitigate their different resistance mechanisms. One of these defense mechanisms is the formation of biofilms. In this form, bacteria develop a protective extracellular matrix making them more resistant to various antimicrobial treatments. We have designed and synthesized membrane destabilizing compounds with three key features: a benzimidazolium or an imidazolium cation, a hydrophobic apolar chain, and a lipophilic anion recognition site. These characteristics give these compounds increased antimicrobial activity and greater ability to disrupt cell membranes. These membrane-disrupting compounds act via a fast and efficient mechanism and showed good results against MRSA (methicillin-resistant staphylococcus aureus) strains as promising antibiofilms candidates. These new agents have the potential to disperse and inhibit the formation of biofilms and could have a positive impact on human medicine in the future.

National audience; Introduction et objectifs :Les souches de Pseudomonas aeruginosa (Pyo) proche de la toto-résistance aux antibiotiques sont en augmentation. Pyo tend également à acquérir des résistances aux ammoniums quaternaires (CDMA) utilisés dans les détergents/désinfectants usuels. Cette problématique est autant retrouvée en médecine vétérinaire et humaine. Les objectifs sont ici, sur 10 souches de Pyo hospitalière (5) et équine (5), de déterminer leur niveau de résistance aux antibiotiques et au CDMA, d’étudier leur formation de biofilm et de déterminer leurs supports génétiques associés.Matériels et méthodes :Les profils de résistance à 6 familles d’antibiotiques et les concentrations minimales inhibitrices (CMI) vis-à-vis du CDMA ont été déterminés selon les recommandations du CA-SFM. Le biofilm formé a été caractérisé en « statique » par impédancemétrie couplée à la microscopie 3D et en « dynamique » par microfluidique. Enfin, le séquençage complet des génomes, une approche transcriptomique et des essais de conjugaison ont été réalisés pour tenter d’identifier les supports génétiques de la résistance au CDMA.Résultats, discussion et conclusion :Les profils de résistances aux antibiotiques sont variés. Les CMI au CDMA les plus élevées (128mg/L) retrouvées pour la moitié des souches (2 cliniques et 3 équines) ne sont pas corrélées à un profil type de résistance aux antibiotiques. Le résistome obtenu explique la résistance à toutes les classes antibiotiques retrouvées. Le gène de la carbapénémase de type VIM-2, de support plasmidique, est retrouvé exclusivement sur les souches cliniques. La pompe RND (Résistance-Nodulation-Division) MexA/B-OprM est surexprimée pour les souches résistantes au CDMA, et plusieurs de ses régulateurs présentent des altérations chromosomiques (substitutions ou délétions sur rocS2 et mexR). Concernant la formation de biofilm associée aux souches étudiées, les mesures d’impédancemétrie et en microfluidique ont mis en évidence plusieurs profils de production distincts. Cependant, ces profils semblent ne pas être corrélés aux profils de résistance aux antibiotiques et/ou au CDMA. La résistance aux biocides et antibiotiques s’accumule chez Pyo. Ces molécules très utilisées tant en filière animale qu’en clinique humaine aboutissent à des impasses qui nécessitent une meilleure connaissance des mécanismes et l’évaluation d’autres biocides.Mots clés : P. aeruginosa – antibiorésistance - ammonium quaternaire – biofilm - pompe RND.

Due to an abundant chondrogenic, poorly vascularized and particularly hypoxic extracellular matrix, chondrosarcoma, a malignant cartilaginous tumour, is chemo- and radio-resistant. A dual targeted therapy leveraging specific chondrosarcoma hallmarks, an extensive cartilaginous extracellular matrix, namely the high negative fixed charge density and severe chronic hypoxia,was investigatedby conjugation of a hypoxia-activated prodrug (HAP) to quaternary ammonium (QA) functions. Based on preclinical results, animidazole prodrug, ICF05016, was identified and provided the basis for a lead optimization study.This project was designed to identify structure-activity relationships in a series of QA-targeted phosphorodiamidate mustard conjugates. In a first part, a series of 27 conjugates, with different QA function and length of the alkyl linker, was synthesizedvia a common multi-step sequence involvingphosphorylation of a key 2-nitroimidazole alcohol intermediate. Then, biomolecular interactions between these QA derivatives and aggrecan were assessed using thesurface plasmon resonance technology. This screeningrevealed that the affinity depends more on the natureof the QA function, rather than on the linker length. The most promising results were obtainedwith QA bearing a benzyle group. Twelves compounds were then evaluated in terms of hypoxia selective cytotoxicityonthe HEMC-SS cell line. For all prodrugs, an overall improvement in hypoxic selectivity compared with the ICF05016 was obtained and the positive impact of thebenzyle QA function was again highlighted. With a dissociation constant of 2.10 µM in the SPR experiment and an attractive hypoxic selectivity, compound 31fwas further selected for a stability and reductive activation study. Activation of the prodrug and phosphoramide mustard release under reductive chemical conditions, and nitroreductase-based activation were demonstrated. From this study, compound 31f emerged as the most effective PG-targeted HAPs.In a second part, the nature of the halogen and the position of the alkylating arms carried by the phosphorodiamidic mustard were modified. Given the high instability of the final compounds of the brominated series, compared to the chlorinated series, brominated analogs of the compounds ICF05016 and 31fcould not be obtained with sufficient purity to be evaluated in vitro.For ifosfamide-like isomers, the design of the prodrugs was modified due to the instability of the phosphoramidic precursors or difficulties of introducing a secondary amine function on a phosphoryl chloride previously functionalized.A click chemistry approach was developed to tether the spacer arm carrying the tertiary amine function independently of the phosphorylation step and could be extended to the synthesis of triazoleanalogues of the new lead 31f., En raison d’une abondante matrice extracellulaire chondrogénique, peu vascularisée et hypoxique, le chondrosarcome, cancer du cartilage, est une tumeur chimio et radiorésistante. Une stratégie bispécifique s’appuyant sur deux caractéristiques spécifiques du chondrosarcome, une forte densité de charges négatives, ainsi qu’une hypoxie chronique sévère de la matrice extracellulaire, est actuellement développée au laboratoire et consiste à fonctionnaliser une prodrogue activée en hypoxie avec un ammonium quaternaire (AQ). Sur la base de résultats précliniques, une prodrogue, ICF05016, a été identifiée et fait actuellement l’objet d’une étude d’optimisation.Ce projet vise à identifier des relations structure-activité dans une série de moutardes phosphorodiamidates vectorisées par une fonction AQ. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à faire varier la nature des substituants de la fonction ammonium quaternaire ainsi que la longueur du bras espaceur séparant cette dernière de la moutarde. Ainsi, 27 dérivés ont été synthétisés par une séquence commune multi-étapes impliquant la phosphorylation d’un dérivé 2-nitro-5-hydroxyméthylimidazole.Un screening par résonance plasmonique de surface a permis de mettre en évidence 12 composés plus affins envers l’aggrécane que le composé de référence ICF05016. Cette étude a révélé une dépendance importante entre l’affinité à l’aggrécane et la nature de l’ammonium quaternaire, les composés benzyléspossédant tous des affinités supérieures. In vitrosur cultures cellulaires HEMC-SS, les composés ont affichés des ratios de cytotoxicité normoxie vs hypoxie (HCR)supérieurs à celui du lead ICF05016, et notamment le composé benzylé31f.Avec une constante de dissociation à l’aggrécane de 2,10 µM et un différentiel de cytotoxicité normoxie/hypoxie équivalent à celui de l’évosfosfamide en étude clinique, la composé 31f a été évalué en termes de stabilité et de clivage en conditions réductrices, mimant l’hypoxie tumorale. Démontrant une excellente stabilité sur 24 heures dans un tampon phosphate, le composé 31f s’est révélé être réduit par réduction chimique ou enzymatique via une nitroréductase, et ce avec une cinétique rapide. Ce dernier a été ainsi identifié au terme de l’évaluation in vitro et de cet axe de recherche comme un nouveau « lead ».Dans une seconde partie, nous avons choisi de moduler l’halogène et la position des bras alkylants portés par la moutarde phosphorodiamidate. Compte tenu de l’instabilité des composés de la série bromée, par rapport à la série chlorée, les analogues bromés des composés ICF05016 et 31f n’ont pu faire l’objet d’une évaluation in vitro. Pour les isomères de type moutarde ifosfamide, l’instabilité des précurseurs phosphoramidiques et les difficultés de synthèse inhérentes à l’introduction d’une fonction amine secondaire sur un chlorure de phosphoryle préalablement fonctionnalisé, nous ont contraints à réorienter nos travaux vers des structures issues d’une étape de chimie de click, permettant d’introduire le bras vecteur portant la fonction amine tertiaire indépendamment de l’étape de phosphorylation. Cette séquence réactionnelle pourrait être étendue à la synthèse de nouveaux analogues du composé 31f, identifié lors de ces travaux.

Chondrosarcoma (CHS), the malignant tumor of the cartilage, is a chemo- and radio-resistant cancer. Surgical resection is still considered the mainstay of treatment of this pathology. A dual targeted hypoxia-activated prodrug, ICF05016 was developed by the UMR 1240 and evaluated in preclinical studies as a potential therapeutic alternative for CHS. The latter is a nitroheteroaryl-based compound designed as follows: a phosphorodiamidic mustard functionalized with a quaternary ammonium (QA) used as targeting function, and a 2-nitroimidazole group to trigger fragmentation and then release the bis-alkylating mustard anion by bioreduction under hypoxic conditions, chemical hallmark of CHS.This project deals with the pharmacomodulation of ICF05016, more specifically by modification of the position of the targeting moiety as well as the nature of the cytotoxic agent. Seven QA-targeted prodrugs have been synthesized with N,N,N-trimethylpropylaminium tethered to the imidazole either in the C-4, or the N-1 position. These prodrugs were cleaved in vitro under chemical reductive conditions, which mimic in vivo hypoxia conditions. In addition, the binding of these derivatives to aggrecan was highlighted by surface plasmon resonance. In vitro assays on human CHS cells (H-EMC-SS) demonstrated quite equivalent cytotoxicities, whatever the oxygen conditions used and their evaluation as substrate of an oxygen-insensitive nitroreductase revealed the almost total lack of activation. A QA targeting moiety grafted on the trigger seems to alter hypoxia activation.New prodrugs with prostate specific membrane antigen (PSMA)-targeting ligand were synthesized to extend this HAP strategy to prostate cancer. The first tested compound, having a triazole spacer, presented selective affinity for PSMA in an in vitro binding experiment as well as activation under enzymatic reduction. However, no cytotoxicity was observed on LNCaP-Luc and PC3-Luc cells. The synthesis of a prodrug combining the spacer of PSMA-617, currently in clinical trial, and a propyltriazole moiety, was initiated but the 1,3-dipolar cycloaddition still need to be optimized., Le chondrosarcome (CHS), cancer du cartilage est une tumeur chimio- et radiorésistance dont le seul traitement efficace reste la chirurgie. Une prodrogue vectorisée et activable en hypoxie, ICF05016, est actuellement développée par l’UMR 1240, et évaluée en préclinique comme potentielle alternative théra-peutique pour ce cancer. La structure de cette molécule regroupe i) une moutarde cytotoxique, ii) un vecteur ammonium quaternaire chargé positivement possédant un tropisme pour l’aggrécane, protéoglycane majoritaire de la matrice extracellulaire tumorale, iii) une gâchette de type 2-nitroimidazole permettant une activation sélective en situation d’hypoxie, une des caractéristiques principales du CHS.Ces travaux de thèse ont consisté à pharmaco-moduler cette prodrogue bispécifique ICF05016 en modifiant la position du vecteur ainsi que la nature de l’agent cytotoxique. Ainsi sept prodrogues vectorisées ont été synthétisées présentant une chaine vectrice N,N,N-triméthylpropylaminium soit en C-4, soit en N-1 du cycle imidazole. Leur activation par réduction chimique, mimant l’hypoxie, ainsi que leur affinité pour l’aggrécane ont été confirmées in tubo par des analyses de RMN 31P et de SPR, toutefois elles se sont avérées non sélectives en termes de cytotoxicité (CI50 comprises entre 15 et 1 µM, et ce, quelles que soient les conditions d’oxygénation) et faiblement sensibles à une bio-réduction enzymatique. La fonctionnalisation par un vecteur ammonium quaternaire de la gâchette 2-nitroimidazole annihile donc l’activation en hypoxie des prodrogues.Cette stratégie a ensuite été étendue au cancer de la prostate en remplaçant le vecteur ammonium quaternaire par un ligand de type urée affin pour l’antigène membranaire spécifique de la prostate (PSMA). La première molécule synthétisée, qui possède un espaceur triazole, a démontré une affinité pour le récepteur PSMA, par une étude de compétition avec un radioligand, ainsi qu’une activation in tubo par bioréduction enzymatique. Toutefois aucune cytotoxicité n’a été constatée sur les lignées LNCaP-Luc et PC3-Luc. Une seconde molécule combinant un espaceur triazole avec une séquence peptidique identifiée pour la molécule PSMA-617, actuellement en cours d’essai clinique, est actuellement développée mais sa synthèse doit être optimisée, notamment au niveau de l’étape de cycloaddition 1,3-dipolaire.

Le lavage chirurgical des mains est un point fort de la prévention de la contamination chirurgien-patient. Le produit utilisé doit présenter des propriétés bactéricides ainsi qu’une bonne rémanence car le port de gants chirurgicaux accélère le développement de la flore cutanée. De plus, ces gants peuvent devenir poreux ou se déchirer au cours de l’intervention. L’objectif de cette étude est donc de démontrer les qualités bactéricides et de rémanence d’un savon antiseptique du Laboratoire Axience en prélevant la flore cutanée sur les mains de plusieurs chirurgiens avant et après lavage en différents temps opératoires. Les prélèvements bactériologiques réalisés juste après lavage ont révélé l’élimination totale de la flore cutanée. Les prélèvements suivants comportaient une faible contamination, d’autant plus faible que la durée du lavage augmente, par des bactéries de la flore résidente. L’utilisation de ce savon pour le lavage chirurgical des mains est donc possible.

Polyurethanes are widely used in industry. When they are based on hydroxytelechelic polydienes, they exhibit specific properties. However, microstructures and functionalities of their precursors are not well controlled leading to properties limitation. Recently, new researches in our laboratory have allowed development of an original pathway using selective scission of high molecular weight cis-1,4-polyisoprene leading to hydroxyltelechelic cis 1,4 polyisoprene with controlled microstructure. This derivative, considered as potential substitute of PBHT or of EPOL, was used in the synthesis of new polyurethanes possessing adaptive properties by using chemical modifications of the soft and/or the hard segments. A wide range of polyurethane properties including those of analogues based on commercial polydienes were obtained. Moreover, a bactericidal effect of some obtained ionic materials was evidenced., Les polyuréthanes sont largement utilisés en industrie. Lorsqu'ils sont synthétisés à partir d'oligodiènes téléchéliques, ces matériaux présentent des propriétés spécifiques. Cependant, les microstructures de leurs précurseurs ne sont pas strictement contrôlées, ce qui entraîne des limitations en terme de propriétés. Nous avons récemment développé au laboratoire une méthode originale de scission sélective de polyisoprène de haute masse molaire permettant d'accéder à des oligoisoprènes hydroxytéléchéliques de structure rigoureusement contrôlée. Ces dérivés, que l'on peut considérer comme des substituts potentiels du PBHT ou de l'EPOL, ont été utilisés dans la synthèse de nouveaux polyuréthanes à propriétés adaptatives. La modification chimique des segments souples et/ou des segments durs a été réalisée. Une large gamme de propriétés englobant celles des produits commerciaux a été obtenue. De plus, un effet bactéricide de certains matériaux ioniques élaborés a été mis en évidence.

This study involves two distinct parts. In the first part, we have studied the chemical modification of quatemary ammonium salts in wood and the preservation of wood against attack by fungi. The modified and the unmodified quaternary ammonium salts show the same biological activity in an artificial medium.The blocks of wood, impregnated with modified and unmodified salts, show that the modification is very beneficial. We have noted that the retention of modified ammonium in the wood is twice than in wood treated with unmodified ammonium.The results obtained in the impregnation test of wood are confirmed by transmission electron microscopy (TEM) coupled with an Electron Energy Loss Spectrometry (EELS). The modification of the chemical structure of ammonium salts allows an increase of the azote rate in wood (44,4 %).The modified ammonium in the cellular cavity level has been observed by the Scanning Electron Microscopy (SEM). The results we found in the biological wood resistance are very interesting. We have also found, for example, that a 1 % concentration of a quaternary ammonium salts preserves wood from the attack of Coriolus versicolor and Poria placenta. The last part is devoted to the study of the ability of modified sawdusts with fatty acids to protect wood. Interesting results are obtained in this area., L étude présentée comporte deux parties distinctes qui ont le même objectif. La première partie s'intéresse à la modification de la structure chimique des sels d'ammonium quaternaire à chaînes grasses. Les essais en boite de pétri montrent que les sels modifiés ont une activité fongicide comparable à celle des sels de départ. Les essais d'imprégnation montrent que, la modification de la structure chimique des sels est très bénéfique. Nous constatons que la rétention des sels modifiés au sein du bois a doublé. Les analyses au M.E.T. nous ont permis de confirmer les résultats obtenus aux essais d'imprégnations. La modification de la structure chimique du sel d'ammonium permet d'augmenter le taux d'azote dans le bois de 44,4%, d'où une augmentation du sel d'ammonium retenu par le bois. Les analyses au M.E.B. ont permis de localiser le sel d'ammonium modifié au niveau des cavités cellulaires, alors qu'il nous était difficile de visualiser le sel d'ammonium soluble. Les résultats que nous avons obtenus dans les essais mycologiques sur bois, constituent un point très positif dans le cadre des objectifs que nous nous sommes fixés à savoir la minimisation de la proportion du sel lessivé tout en gardant intact l'activité fongicide de ces derniers. La dernière partie a consisté à étudier le comportement biologique de la sciure d'Epicéa commun modifiée par des motifs acyles gras à longue chaîne carbonée face au Poria placenta. Nous avons démontré que le bois modifié et exposé au Poria placenta pendant 7, 14 et 21 jours en présence ou en absence de glucose, reste intacte, en particulier au niveau des greffages. Ce résultat très intéressant, peut apporter une réponse aux problèmes poser par la stabilité du matériau bois, et en même temps pour le préserver contre l'attaque du Poria placenta.

Silica nanoparticles are ideal platforms for the conception of bioimaging tools serving for the elucidation of the mechanisms of gene transfection via lipoplex structures. The purpose of the present study is the development of a chemical surface modification for the generation of quaternary ammonium groups on silica nanoparticles permitting the obtainment of highly positively charged silica colloids which strongly attract DNA by electrostatic interactions. Two modification strategies to generate quaternary ammonium groups on silica are presented a) a direct silanization using quaternary ammonium groups containing silane derivatives and b) a modification of silica nanoparticles via a first modification with an amine group containing silane derivative and a subsequent quaternization of the amine groups via an alkylation with iodomethane. Different physicochemical methods were employed (cosedimentation assays, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring measurements, TEM and Cryo-TEM imaging) to analyze interactions between quaternized surfaces, DNA and lipids. A preliminary study was carried out which shows the capacity of the synthesized nanoparticles to label DNA in lipoplexes., Les nanoparticules de silice sont des plateformes idéales pour la conception d’outils de bioimagerie afin d’étudier les mécanismes de transfert de gènes par des lipoplexes. L’objectif de notre étude est le développement d’une modification chimique de surface permettant d’obtenir des colloïdes de silice chargés positivement susceptible de lier de l’ADN par des interactions électrostatiques. Deux stratégies pour la génération de groupements ammonium quaternaires sur des nanoparticules de silice sont présentées a) une silanisation directe par l’utilisation d’un agent de couplage silanique contenant un groupement ammonium quaternaire et b) un procédé en deux étapes mettant en jeu une modification de surface chimique par des aminosilanes primaires et secondaires suivie d’une alkylation des amines par l’iodomethane. Différentes méthodes physico-chimiques (essais de cosédimentation, des expériences de microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation et d’imagerie MET et Cryo-MET) ont été utilisées pour mettre en évidence et caractériser les interactions entre les biomolécules et les surfaces quaternisées. Des études préliminaires ont montrées les capacités de marquage de lipoplexes par de telles nanoparticules.