INFECTIONS BACTERIENNES/ANTIBIOTIQUES

Actualités sur les intégrons de résistanceaux antibiotiques : mise au pointAntibiotic resistant integrons: State of the art

O. Barraud a,b,c, M.-C. Ploy a,*,b,c

a EA3175, faculte de medecine, universite Limoges, 87000 Limoges, Franceb Inserm, equipe Avenir, 87000 Limoges, Francec Laboratoire Bacteriologie-Virologie-Hygiene, CHU Limoges, 87000 Limoges, France

MOTS CLÉSIntégrons ;Résistance auxantibiotiques ;Transfert de gènes

Résumé Les intégrons sont des éléments génétiques bactériens de capture et d’expression degènes sous forme de cassettes. Ils sont très répandus, majoritairement au sein des bactéries àGram négatif (BGN). Les intégrons de résistance (IR) jouent un rôle majeur en bactériologiemédicale en raison de leur capacité de recrutement et d’expression de gènes de résistance auxantibiotiques. Le but de cette revue est de recenser les travaux menés ces dernières années quiont apporté des éléments nouveaux permettant à la fois sur le plan mécanistique de mieuxcomprendre le fonctionnement des IR, mais aussi sur le plan épidémiologique de mieux connaîtreleur rôle et leur impact dans le monde vivant.# 2011 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

KEYWORDSIntegrons;Antibiotic resistance;Horizontal gene transfer

Summary Integrons are bacterial genetic elements able to capture and express genesembedded within cassettes. Integrons are widely distributed notably among Gram negativebacteria. Resistant integrons are very involved in medical bacteriology due to their ability inrecruiting and expressing genes encoding resistance to antibiotics. The aim of this review is toinventory recent works bringing new elements in the knowledge of resistant integrons: both onthe mechanistic side with better understanding of their precise function and on the epidemio-logical aspect with a better appreciation of their impact in the living world.# 2011 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Journal des Anti-infectieux (2011) 13, 133—144

Généralités

Les intégrons sont des éléments génétiques bactériens capa-bles de promouvoir l’acquisition et l’expression de gènes [1].La définition d’un intégron se limite à la présence d’uneplateforme fonctionnelle, parfois désignée région 5’

* Auteur correspondant.Adresse e-mail : marie-cecile.ploy@unilim.fr (M.C. Ploy).

2210-6545/$ — see front matter # 2011 Elsevier Masson SAS. Tous droidoi:10.1016/j.antinf.2011.03.001

conservée (5’CS), composée de trois éléments clés : ungène intI qui code une intégrase IntI, un site spécifique derecombinaison attI, et un promoteur Pc [2,3]. Les gènes, dontl’expression est assurée par Pc sont localisés dans des casset-tes intégrées en aval de la plateforme fonctionnelle (Fig. 1).Les cassettes sont des éléments génétiques mobiles capablesd’être intégrés ou excisés par un mécanisme de recombinaisoncatalysé par l’intégrase IntI. Au sein des intégrons, sont définisdeux grands groupes, les super-intégrons (SI) et les intégronsde résistance (IR). Les SI contiennent jusqu’à 200 cassettes et

ts réservés.

Figure 1 Structure usuelle d’un intégron. Un intégron estcomposé d’une plateforme fonctionnelle avec trois élémentsclés : un gène intI, un site spécifique de recombinaison attI etun promoteur Pc. Une région dite variable, localisée en aval de laplateforme fonctionnelle, renferme un réseau de cassettes. Pc :promoteur des cassettes ; attI, attC1, attC2 : sites spécifiques derecombinaison ; intI : gène de l’intégrase.[34].

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sont localisés sur le chromosome de centaines d’espècesbactériennes (17 % des génomes bactériens séquencés) [4]isolées le plus souvent des écosystèmes marins ou telluriques(Vibrio sp, Xanthomonas sp. . .). La plupart des gènes hébergésdans ces cassettes codent des protéines de fonctions incon-nues. Les IR contiennent un nombre plus restreint de cassettes(à ce jour, au maximum huit dans un même IR [5]) dont lesgènes codent le plus souvent des résistances aux antibioti-ques. Les IR ne codent pas de fonction de transposition mais,localisés sur des éléments génétiques mobiles tels que lesplasmides ou les transposons, ils peuvent être transférés entrebactéries et contribuent ainsi à la dissémination des gènes derésistance aux antibiotiques. Dans cette revue, nous décrironsuniquement les intégrons de résistance (IR).

Structure des intégrons

La plateforme fonctionnelle ou région 5’CSL’intégrase IntI. L’intégrase IntI appartient à la famille desrecombinases à tyrosine spécifiques de site [6]. Cinq classesd’IR ont été définies en fonction de la séquence en acidesaminés de leurs intégrases (40 à 58 % d’identité) [4] : les IR declasse 1, 2 et 3 (IntI1, IntI2, IntI3) sont les plus étudiés et lesplus prévalents, ceux de classe 4 et 5 n’ont été décritsqu’une seule fois. Chez la grande majorité des IR de classe2, le gène intI2 est interrompu par un codon stop qui rend laprotéine IntI2 non fonctionnelle [7].

Le site spécifique de recombinaison attI. Il existe autant desites attI que de gènes intI. Les différents sites attI desdifférents IR n’ont pas de réelle identité [8], excepté le triplet5’ GTT 3’. Les sites attI comportent au moins 2 sites d’atta-chement de l’intégrase, nommés L et R. Il existe une fortespécificité des intégrases pour leur site attI mais des recom-binaisons peuvent intervenir de façon moins efficace avec lessites attI d’autres IR. Par exemple, IntI1 reconnaît aussi lessites attI2 et attI3 [9].

Le promoteur des cassettes Pc. Pc assure l’expression desgènes de cassettes, celles-ci ne possédant pas de promoteurpropre à de rares exceptions près (cassettes cml et qac [10]).Chez les IR de classe 1 et 3, le promoteur Pc est localisé dansla séquence codante d’IntI1.

La région variable : les cassettesLes cassettes constituent la partie variable des intégrons, enaval de la plateforme fonctionnelle (Fig. 1). D’une taille

moyenne de l’ordre de 1000 pb, une cassette est définie parl’association d’un cadre ouvert de lecture (orf) et d’un sitespécifique de recombinaison attC reconnu par l’intégrase.Les cassettes constituent des unités fonctionnelles indépen-dantes, non réplicatives, mobilisables de manière indivi-duelle [11] : elles existent sous forme linéaire au seind’un intégron ou sous forme circulaire à l’état libre.

Les gènes de cassettes. La plupart des gènes de cassettesdes IR codent une résistance aux antibiotiques ; d’autres orfcodent des protéines de fonction inconnue. Une revue de2009 [12] recense au sein des IR plus de 130 cassettesdifférentes codant des résistances à des antibiotiques etplus de 60 cassettes gene cassette of unknown function(gcu) codant des protéines de fonction inconnue.

Quasiment toutes les familles d’antibiotiques sontconcernées :

� de nombreuses cassettes sont impliquées dans la résis-tance aux b-lactamines ; les gènes codent des b-lacta-mases de spectre plus ou moins large : pénicillinase(blaP), oxacillinase (oxa), b-lactamase à spectre élargi(BLSE ges, veb. . .), voire carbapénémase (imp, vim. . .) ;� la résistance aux aminosides est très fréquente ; les enzy-

mes codées sont essentiellement des acétyltransférases(aacA, aacC) et des nucléotidytransférases (aadA, aadB).Les cassettes sat confèrent des résistances à lastreptothricine ;� les cassettes dfr (dfrA et dfrB) confèrent une résistance

au triméthoprime ;� la résistance au chloramphénicol est conférée par un

mécanisme enzymatique via une acétyltranférase (catB)ou par un mécanisme d’efflux (cmlA, cmlB) ;� la résistance à la fosfomycine est médiée par les gènes des

cassettes fos ;� la résistance aux macrolides est médiée par les cassettes

ere qui confèrent une résistance à l’érythromycine ;� la résistance aux lincosamides est due aux cassettes lin ;� la résistance à la rifampicine est conférée par les casset-

tes arr ;� de découverte récente au sein des intégrons, la résistance

aux quinolones est due aux cassettes qnrVC et aac(6’)-Ib-cr ;� les cassettes qac confèrent une résistance aux ammo-

niums quaternaires.

La nomenclature des cassettes reste complexe, une mêmecassette pouvant être désignée par 2, voire trois appellations(aacA4 = aac(6’)-Ib, dfrA12 = dhfrXII = dfr12, oxa10 = PSE-2). De plus, des cassettes différentes peuvent avoir lemême nom. Des banques de données recensent et annotentles différents variants de cassettes [13,14].

Les IR hébergent en moyenne deux à trois cassettes [12],jusqu’à huit ont été décrites [5]. Des IR sans cassettes ontaussi été décrits [15].

Le site de recombinaison attC. Le site attC est un sitespécifique de recombinaison reconnu par IntI. Les sites attCsont propres à chaque cassette. Leur structure est complexe.Les différents sites attC des IR ont en commun deux tripletsAAC et GTT respectivement en 5’ et 3’ des sites. Cependant,

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ils ont une organisation palindromique comparable avec, auxdeux extrémités, deux séquences inversées répétées de 7 pb[16] désignées respectivement R’’-L’’ et L’-R’, et une régioncentrale de séquence et de longueur variable (20 à 104 pb)[4]. L’organisation palindromique permet une structuresecondaire tige-boucle essentielle pour la reconnaissancepar l’intégrase, qui interagit avec le site attC sous sa formesimple-brin (bottom strand) [17]. Contrairement aux sitesattI [7,18], il n’existe pas de spécificité des sites attC pourtelle ou telle intégrase, preuve en est la présence de mêmescassettes au sein d’IR de classes différentes.

Chez certains IR de classe 1, peut se trouver en aval descassettes, une région dite 3’CS (3’ conserved segment) quicomporte en général trois gènes : qacED1 qui confère unerésistance aux ammoniums quaternaires [19], sul1 (résis-tance aux sulfamides) et orf5 (code une protéine de fonctioninconnue).

Les mouvements de cassettes

Les intégrases IntI sont capables de catalyser, via des recom-binaisons spécifiques impliquant les sites attI et attC, desréarrangements de cassettes au sein d’un IR ou entre deux IR[2,7,18]. Les capacités d’excision de cassettes se fontpréférentiellement par recombinaison entre deux sites attC[20]. L’intégration d’une cassette se fait préférentiellementpar recombinaison entre les sites attC et attI (Fig. 2) [3,21],permettant ainsi l’intégration de la cassette au plus près dupromoteur Pc [22]. L’événement de recombinaison a étéfinement caractérisé sur le plan moléculaire pour les IR declasse 1 [17,23—26] et s’effectue entre le G d’un site GTT etle premier T d’un deuxième site. L’intégrase reconnaît lessites attC sous leur forme simple-brin et les sites attI sousleur forme double-brin [17,27]. L’événement de recombi-naison a pour conséquence de toujours orienter la cassette

Figure 2 Mécanisme de recombinaison des cassettes. IntI assure l’id’une cassette se fait préférentiellement au site attI. Dans cet exemplerecombinaison spécifique de site entre le site attI et son site atrecombinaison entre deux sites attC. Dans cet exemple (B), la casseattC3. Pc : promoteur des cassettes ; attI, attC1, attC2, attC3 : sites spcassettes.

intégrée dans le même sens, à savoir d’abord le gène, puisson site attC [21,28].

Régulation de l’expression de l’intégrase et desgènes de cassettes

Régulation de l’expression de l’intégraseMalgré les formidables capacités d’échanges de cassettes ausein du système intégron, certaines données montrent quece système est en fait relativement stable. Preuves en sont lastabilité des réseaux de cassettes au sein de souches bac-tériennes d’origine diverse [12,29], la persistance au sein deces réseaux de gènes codant des résistances à des anti-biotiques peu ou non usités aujourd’hui (aad, sat), maisaussi la nécessité de surexprimer l’intégrase en trans pourreproduire des recombinaisons in vitro [20,21].

La découverte récente d’un site de fixation de la protéineLexA au niveau de la région promotrice de l’intégrase Pint apermis de comprendre que l’expression d’IntI était régulée parla réponse SOS [30]. La protéine LexA est le répresseur trans-criptionnel de la réponse SOS bactérienne qui est impliquéedans la réparation des dommages que l’ADN subit lors dedifférents stress [31]. LexA réprime les gènes du régulonSOS en se fixant sur un site spécifique dans la région promotricede ces gènes. Lors d’un stress, différentes voies conduisent àla formation d’ADN simple brin reconnu par la protéine RecA.Le filament nucléoprotéique ainsi formé est lui-même recrutépar LexA et ce complexe active alors la capacité autoprotéo-lytique de LexA, entraînant son clivage et la libération de sonsite de fixation (Fig. 3), permettant ainsi l’expression desgènes du régulon SOS. La réponse SOS est impliquée dansl’activation et la dissémination de facteurs de virulence et il aété établi que certains antibiotiques étaient capables del’activer, directement ou indirectement [32].

nsertion et l’excision des cassettes dans l’intégron. L’intégration (A), une cassette circulaire C3 est intégrée sous forme linéaire partC3. L’excision d’une cassette se fait préférentiellement partte C1 est excisée après recombinaison entre les sites attC1 et

écifiques de recombinaison ; intI : gène de l’intégrase ; C1, C2, C3 :

Figure 3 Régulation de l’expression d’IntI par LexA. A. La protéine LexA chevauche le promoteur de l’intégrase Pint. B. Lors d’unstress conduisant à la formation d’ADN simple brin, par exemple par un antibiotique dont la résistance est codée par la troisièmecassette, le filament nucléoprotéique ADNsb/RecA conduit à l’autoprotéolyse de LexA et donc à l’activation de la réponse SOS. Lepromoteur de l’intégrase est alors libéré. C. L’intégrase alors produite effectue un réarrangement des cassettes, ramenant latroisième cassette en première position, pour permettre à la bactérie de résister au stress antibiotique qu’elle subit. Pc : promoteurdes cassettes ; attI, attC1, attC2, attC3 : sites spécifiques de recombinaison ; intI : gène de l’intégrase ; Pint, promoteur del’intégrase ; C1, C2, C3 : cassettes.[174].

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Dans le cas du système intégron, il a été montré chez les IRde classe 1 et chez le SI de Vibrio cholerae qu’en réponse à desagents chimiques ou des antibiotiques (ciprofloxacine, trimé-thoprime et ampicilline) inducteurs de la réponse SOS, il yavait une induction de l’expression de l’intégrase d’un facteur4. De plus, l’induction de la synthèse de l’intégrase estcorrélée à une augmentation de 140 fois de son activitérecombinase. La régulation de l’expression d’IntI par laréponse SOS offre plusieurs avantages à la bactérie : d’unepart, une économie énergétique, IntI n’étant produite quelorsqu’elle est nécessaire à la bactérie pour s’adapter à unstress et, d’autre part, une stabilité des cassettes présentesdans l’intégron. Ce système permet à la bactérie de« conserver » plusieurs gènes de résistance aux antibiotiquesdont certains loin de Pc et donc silencieux car peu ou pasexprimés, mais qui, en cas de besoin, pourront être aprèsactivation de l’intégrase rapprochés de Pc permettant alors unniveau d’expression supérieur. Cette régulation démontre queles antibiotiques eux-mêmes sont capables d’induire via laréponse SOS la capture de gènes de résistance. Une étude trèsrécente [33] confirme l’implication de LexA et du système SOSdans la régulation de l’expression de l’intégrase lors desphénomènes de conjugaison bactérienne : IntI voit son expres-sion augmentée de 100 à 1000 fois, ce qui résulte en un

accroissement du nombre de réarrangements de cassettes.De nombreuses cassettes codant des résistances à des anti-biotiques inducteurs (triméthoprime, bêtalactamines, quino-lones) sont présentes chez les intégrons, montrant le rôle de laréponse SOS dans l’acquisition de gènes de résistance néces-saires à la bactérie pour survivre dans des conditions de stress.

Régulation de l’expression des gènes de cassettesLes gènes de cassettes sont généralement dépourvus de pro-moteur et sont donc exprimés comme dans un opéron sous ladépendance du promoteur Pc. L’expression des gènes decassettes a surtout été décrite chez les IR de classe 1 chezlesquels il existe 13 variants de Pc de force et fréquencevariables en fonction des séquences �35 et �10 et de laprésence ou non d’un motif TGN-10 entraînant une augmenta-tion de la force de Pc [34]. De plus, chez 10 % des IR de classe 1,il existe un second promoteur P2 localisé dans le site attI1,113 pb en aval de Pc et chevauchant le promoteur de l’inté-grase Pint ; P2 est lui-même associé à différents variants de Pc.Il existe au total chez les IR de classe 1 pas moins de 20 combi-naisons possibles Pc-P2 permettant l’expression des gènes decassettes. Cinq combinaisons sont les plus fréquemmentreprésentées (PcS, PcH1, PcW, PcW + P2 et PcWTGN�10) etcorrespondent à cinq niveaux de transcription variant de 1 à

Tableau 1 Principaux variants des promoteurs Pc des IR de classe 1. Les boîtes �35 et �10 du promoteur Pc sont indiquées engras. La base G du motif TGN-10 est soulignée dans la séquence nucléotidique du PcWTGN�10. La force des variants de Pc estrapportée à celle du promoteur Pc le plus faible (PcW = 1).

Variant de Pc Séquence nucléotidique Fréquence(%)

Force relativede Pc

Variant d’IntI1 Activité d’excisiond’IntI1

PcS TTGACA — N14 — TCNTAAACT 24,3 25 IntI1R32_N39 ++PcH1 TGGACA — N14 — TCNTAAACT 28 6 IntI1R32_H39 +++++PcW TGGACA — N14 — TCNTAAGCT 16,5 1 IntI1R32_H39 +++++PcWTGNS10 TGGACA — N14 — TGNTAAGCT 16,8 18 IntI1P32_H39 +PcH2 TTGACA — N14 — TCNTAAGCT 4,4 20 IntI1R32_N39 ++

[34].

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25, PcS étant le variant le plus fort et PcW le variant le plusfaible (Tableau 1) [34]. En raison de la localisation de Pc dansle gène intI1, la séquence de Pc influe sur la séquence enacides aminés de l’intégrase IntI1. Selon le variant de Pc, ilexiste différents variants d’IntI1 dont les activités de recom-binaison des cassettes varient, surtout en excision. Ainsi, ontpu être définis trois principaux variants d’IntI1. Il existe unerelation inverse entre la force de Pc et l’activité d’excision del’intégrase IntI1 associée, plus le promoteur Pc est fort, plusl’activité d’excision de l’intégrase est faible [34].

Initialement, avait été suggéré le rôle potentiel des sitesattC comme terminateurs de transcription [35] mais cela aété remis en cause récemment. Les sites attC agiraient enfait sur le versant traductionnel via la présence au sein decertains sites attC de peptides qui joueraient un rôle derégulateur traductionnel [36]. Enfin, en ce qui concerne latraduction, certaines cassettes sont dénuées de régionsd’initiation de la traduction (TIR). Dans le cas où ces cas-settes sont en première position, il a été montré chez les IRde classe 1 que l’expression des gènes de cassettes étaitcouplée à la traduction d’un petit peptide ORF11 lui-mêmeprécédé d’une région TIR [37]. La séquence orf11 est loca-lisée dans le site attI1 mais le codon stop est dans la premièrecassette. Cette régulation n’a donc lieu que dans le cas où laséquence de la première cassette apporte le codon stopnécessaire à la production du peptide ORF11.

L’expression des gènes de cassette peut donc être extrê-mement variable en fonction de trois paramètres principaux :(i) la force du variant Pc, (ii) la position de la cassette au seinde l’intégron [35] — les gènes les plus éloignés de Pc sont plusfaiblement exprimés que ceux situés à proximité, (iii) lanature du site attC et donc de la cassette située en amont [36].

Épidémiologie des intégrons de résistance

Des centaines de publications font état de la présence des IRdans le monde vivant, aussi bien dans l’environnement (riviè-res, eaux usées. . .) que chez l’animal (animaux de ferme,sauvage, domestique. . .) ou chez l’homme (sujets sains etmalades).

Les intégrons de résistance de classe 1, 2 et 3

Intégrons de résistance de classe 1 : les plusprévalentsLa très large majorité des publications s’intéresse à la des-cription des IR de classe 1. Ils ont été les premiers découverts,

sont les plus recherchés et restent les plus décrits dans lalittérature à ce jour. La très grande variabilité des cassettesqu’ils hébergent [12] leur permet de conférer des résistancesbien plus diverses que celles conférées par les cassettes plusstables et moins variées des autres classes d’IR.

Intégrons de résistance de classe 2 : la stabilitéLes IR de classe 2 présentent une grande stabilité dans leurréseau de cassettes avec la présence quasi-constante de troiscassettes : dfrA1 (résistance au triméthoprime), sat2 (strep-tothricine) et aadA1 (streptomycine et spectinomycine), sui-vies d’une séquence orfX [7]. Cette stabilité, confirmée parune large étude argentine portant sur 130 souches [38], estvraisemblablement attribuable à la non-fonctionnalitéd’IntI2. L’association de ces IR au transposon Tn7 leur confèrenéanmoins une mobilité importante [39,40]. Quelques publi-cations font état de réseaux de cassettes atypiques, avec parexemple une cassette ereA [41], ou encore les cassettes aadB,catB2 [42] ou blaCARB�4 [38]. L’épidémiologie des IR de classe2 a été chamboulée en 2006 suite à la description chez deuxsouches bovines deProvidenciastuartii d’un IRde classe 2avecune intégrase dénuée de codon stop intermédiaire [43] quiretrouve sa fonctionnalité [7], et un réseau de 9 cassetteshébergeant chacune des gènes de fonction inconnue. Unesouche d’Escherichia coli isolée d’une urine d’un patient adepuis été décrite avec elle aussi une protéineIntI2 fonctionnelle, l’intégron hébergeant la cassette dfrA14[44].

Intégrons de résistance de classe 3 : la raretéMoins d’une dizaine de publications font état de leurdescription. Ils associent une cassette de résistance auxb-lactamines à une cassette aac(6’)-Ib (résistance à tobra-mycine, nétilmicine et amikacine). La première découverteremonte à 1995 au Japon [45] chez une souche deSerrratia marcescens résistante aux carbapénèmes(blaIMP�1). D’autres IR ont été identifiés chez des souchesde Pseudomonas putida [46]. A ensuite été décrit au Portugalen 2003 une souche de Klebsiella pneumoniae avec unphénotype BLSE (blaGES) [47] ; le même réseau a été retrouvéen Suisse chez une souche d’E. coli d’origine urinaire [48].L’épidémiologie des IR de classe 3 a évolué depuis la décou-verte en 2007 de deux souches environnementales du genreDelftia (D. acidovorans et D. tsuruatensis) qui possédaientun intégron de classe 3 atypique [49] avec des cassettes dontles gènes codaient des fonctions inconnues. Ces donnéeslaissent suggérer que même si les IR de classe 3 semblentjouer un rôle mineur en microbiologie clinique, leur impact

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au niveau environnemental est sans doute non négligeable[50].

Les intégrons chimériques ou hybrides

A été décrit un IR de classe 2 possédant en aval des cassettes,la région 3’ CS d’un IR de classe 1 [51]. D’autres travaux fontétat, au sein d’IR de classe 1, de la présence des cassettesdfrA1, sat2, aadA1 plutôt associées aux IR de classe 2[52,53]. Ces données tendent à montrer que des échangesde cassettes, vraisemblablement médiés par IntI1, survien-nent entre IR de classes différentes.

Les intégrons complexes

Certains IR de classe 1 ont été nommés intégrons complexesen raison d’une structure particulière [54]. Ils ont la parti-cularité de présenter une duplication parfois partielle de larégion 3’CS associée à la présence d’un élément transposablenommé ISCR1 (pour revue, voir [55]). De nombreux gènescodant des résistances à des antibiotiques différents ont étédécrits en aval de cette ISCR1 [56—59] : catA2 (résistance auchloramphénicol), blaDHA�1, blaCTX�M�2, blaCTX�M�9 (résis-tance au b-lactamines), dfrA10, dfrA19 (résistance au trimé-thoprime), qnrA, qnrB (résistance aux quinolones). . . Cesgènes ne sont pas inclus dans des cassettes car non associésà un site attC ; ils ne sont donc pas mobilisables par uneintégrase IntI.

Les bactéries hôtes

Bactéries à Gram négatif (BGN)La quasi-totalité des IR décrits sont hébergés par des BGN.Quasiment toutes les espèces de la famille des Enterobac-teriaceae sont concernées, notamment E. coli qui est leprincipal représentant [5,44,48,60—63], Klebsiella[47,64,65], Enterobacter [10,66—68] ou encore Serratia[45,69,70]. De nombreux travaux indiquent la présenced’IR chez Salmonella [71—75] et Shigella [29,76,77],S. sonnei étant un hôte fréquent des IR de classe 2[78,79]. Les descriptions au sein d’autres genres (Proteus,Morganella, Citrobacter, Yersinia. . .) sont plus anecdotiques[52,53,80,81]. Chez les autres BGN non fermentaires,Pseudomonas aeruginosa est un hôte fréquent [15,82—84].Les cassettes hébergées codent souvent des résistances vis-à-vis des b-lactamines (BLSE, carbapénémases).Acinetobacter baumannii est également un hôte habituel[42,51,85,86]. Les IR concernent d’autres BGN dont lesdescriptions sont plus rares, voire exceptionnelles : Steno-trophomonas [87,88], Burkholderia [89], Vibrio [90—93],Aeromonas [94—96], Campylobacter [97,98], Helicobacter[99], Bordetella [100,101]. . .

Bactéries à Gram positif (BGP)Seule une dizaine de publications font état de la descriptiond’IR, de classe 1 principalement. Le plus souvent, il s’agit deBGP à haut GC%, tels Mycobacterium fortuitum [102], desespèces du genre Corynebacterium (C. glutamicum[103,104], C. asperum AJ871915, C. resistens FN825254),ou encore les bactéries Arcanobacterium pyogenes [105] etArthrobacter [106]. Les IR semblent être présents parmi les

BGP à une prévalence plus importante qu’il n’y paraît, destravaux s’intéressant à la litière de volailles ont ainsi montréque les BGP constituaient un réservoir majeur d’IR [107].Plusieurs travaux chinois publiés depuis 2006 par une mêmeéquipe décrivent des IR de classe 1 chez des BGP d’impor-tance majeure en bactériologie médicale : Staphylococcus,Enterococcus et Streptococcus [108] avec le même réseau decassettes dfrA12-orfF-aadA2, mais aussi des souches deS. aureus avec la seule cassette aadA2 [109,110]. Plusieurssouches de staphylocoques à coagulase négative sont aussirecensées [111]. Dernièrement, les mêmes auteurs ontdécrit aussi des IR de classe 2 chez des souches d’entéroco-ques (E. faecalis, E. faecium) [112].

Place des intégrons de résistance dansl’environnement

Une très large répartition, de fortes prévalencesEaux et sols. Le milieu aquatique naturel est une sourceimportante d’IR. Les prévalences au sein de BGN isolées derivières ou d’estuaires varient de 3,6 à 30—40 % selon lesespèces bactériennes, les résistances considérées et les ori-gines géographiques [113—117]. Ont aussi été décrits des IR declasse 1 chez des espèces a priori non impliquées en pathologiehumaine, isolées du sol [118,119]. Les prévalences en IRretrouvées au sein de bactéries des eaux de stations d’épura-tion sont plus importantes, elles varient de 10 à 35 % [50,120—124]. Il en est de même pour les BGN isolées de sols pollués pardes métaux lourds [125—127]. Ces lieux où la pollution estmajeure constituent l’un des principaux réservoirs hydriquesen IR et sont très propices à des transferts horizontaux degènes de résistance [120]. Les travaux menés directement àpartir d’ADN extraits de prélèvements environnementauxmontrent des prévalences encore supérieures avec uneprésence quasi-constante des IR de classe 1 [124,126,128—130]. Leur quantification a permis de montrer qu’il existaitune corrélation entre présence d’IR de classe 1 et stressenvironnemental de type urbain [128] ou industriel [126,130].

Monde animal. Les IR ont été mis en évidence chez desbactéries commensales ou pathogènes isolées de nombreuxanimaux domestiques ou sauvages : chien, cheval, animauxde zoo, tortues, mouettes, rennes. . .[131—136]. Les pisci-cultures et aquacultures sont un réservoir important[137,138], les bactéries du genre Aeromonas sont particu-lièrement impliquées [139]. Le plus grand réservoir animalen IR concerne les animaux de la ferme : le bétail [43,140—142], les porcs [106,143,144] et la volaille notamment[97,107,145,146]. Les prévalences varient selon les animaux,les espèces bactériennes et les phénotypes de résistanceretenus, elles sont supérieures à celles retrouvées dansl’environnement (> 30 %), que ce soit chez les salmonelles[147] ou les coliformes [148]. Chez la volaille, les prévalen-ces sont encore supérieures, près de 50 % en considérant lescoliformes [146], et même quasiment 100 % en considérantles bactéries de la litière de poulet [107]. Une étude menéechez les bovins montre que les chiffres obtenus directementà partir d’extraits d’ADN de bouillon d’enrichissement deselles sont bien supérieurs à ceux retrouvés à partir desbactéries cultivées : 86 % d’IR de classe 1 et 94 % d’IR declasse 2 versus 50 et 28 % avec la culture [142].

Actualités sur les intégrons de résistance aux antibiotiques : mise au point 139

Produits alimentaires. Les produits dérivés de la viande ontfait l’objet d’études visant à détecter des bactéries, notam-ment les salmonelles, hébergeant des IR. Les prévalencesretrouvées sont très importantes, souvent supérieures à50 %, là aussi selon les phénotypes de résistance retenus[149—151]. Une étude norvégienne menée sur la viande et lesproduits dérivés de la viande d’origine bovine, ovine, porcineou aviaire retrouve une prévalence en IR de 18 % chez dessouches d’E. coli résistantes à au moins un antibiotique testé[152]. La présence d’IR d’origine animale au sein de la chaînealimentaire est un réel problème : outre les conséquencescliniques liées aux souches pathogènes résistantes, les IRpeuvent être la source de dissémination de gènes de résis-tance aux consommateurs [153].

Usage des antibiotiques et environnementMalgré un usage désormais limité et contrôlé, les antibioti-ques sont utilisés en grande quantité dans le monde agricole.La forte prévalence des IR chez les animaux de la fermesemble être associée à un usage parfois « intensif » desantibiotiques. Ce « sentiment » reste néanmoins difficile àabonder, les études à ce sujet étant discordantes : la préva-lence de seulement 5 % d’IR chez des bactéries d’originebovine dans une ferme pratiquant l’agriculture biologiquesemble aller dans ce sens [154], mais des taux élevés d’IR à lafois dans des poulaillers n’utilisant pas d’antibiotiques etdans ceux où leur usage est systématique, tendent à prouverle contraire [155]. La présence de l’homme semble ne pasêtre anodine : plus sa présence est proche des animaux(animaux de ferme, animaux de compagnie), plus les résis-tances bactériennes et la présence d’IR chez l’animal sontimportantes [156].

Place des intégrons de résistance enmicrobiologie humaine

Des centaines de publications décrivent la présence d’IR àpartir de souches cliniques. Ils ont été mis en évidence chezde très nombreuses BGN à partir de tout type de prélève-ment, et chez tout type de patient. Leur distributionconcerne tous les hôpitaux, ce qui pose un problème majeuren pratique clinique car leur présence est associée à une plusgrande résistance aux antibiotiques.

PrévalenceIl est difficile d’évaluer la prévalence des IR en microbiologieclinique : elle dépend de nombreux paramètres liés à labactérie elle-même, au patient, à sa pathologie, au sited’isolement, au lieu d’hospitalisation. . . Concernant lesBGN isolées d’infections urinaires, les études retrouventgénéralement des prévalences supérieures à 50 %[157,158]. Pour les BGN isolées d’hémocultures, les tauxsont de l’ordre de 10 %, quel que soit le phénotype derésistance [159] ; une étude allemande souligne une haussesignificative au fil des années : 4,7 % en 1993, 9,7 % en 1996,puis 17,4 % en 1999 [160].

Lien entre intégrons de résistance et résistanceLes travaux menés par différentes équipes montrent que laprésence des IR est associée de façon significative à unemultirésistance bactérienne [161—163]. En considérant les

bactéries multirésistantes, les prévalences d’IR sont plusélevées [159], atteignant 60 % [164,165] voire 70 % [163].Une étude sur près de 900 entérobactéries d’origine hospi-talière et communautaire a montré une relation significativeentre présence d’IR et multirésistance, quelles que soientl’espèce bactérienne ou l’origine de la souche [163] ; larésistance à certains antibiotiques (cotrimoxazole, gentami-cine, tobramycine, ampicilline, pipéracilline, céfuroxime)était prédictive de la présence d’un IR.

Effet de la pression de sélection antibiotiqueLe lien entre IR et multirésistance laisse à penser que lapression de sélection antibiotique joue un rôle majeur,comme le suggèrent les prévalences importantes dans lesunités de soins intensifs fortes consommatrices d’antibioti-ques [166]. La détection des IR peut même être utiliséecomme un outil épidémiologique [86,167]. Peu de travauxs’intéressent à la prévalence des IR en dehors d’un cadrehospitalier. Elle est de l’ordre de 20 % d’après une étudemenée chez des patients le jour de leur admission à l’hôpital[168]. Des travaux ont montré une prévalence croissante enIR selon le mode de vie des sujets soumis à des pressions desélection antibiotique différentes : 6,4 % d’IR de classe 1 chezdes Amérindiens de Guyane Française, versus 12,2 % chez descadres du secteur bancaire et des assurances versus 18,5 %chez des éleveurs de porcs [63]. L’importance du « mode devie » dans le portage des IR a été confirmée par l’analyse duportage en IR chez des expatriés [169].

Deux études apportent des éléments de réflexion concer-nant la pression de sélection par le cotrimoxazole. La poli-tique de limitation de l’usage de cet antibiotique auRoyaume Uni dans le traitement des infections urinaires[170] laissait augurer d’une baisse de la prévalence des IR,or celle-ci n’a pas montré de baisse significative chez lessouches d’E. coli (16,4 % en 1991 versus 17,5 % en 1999). Uneautre étude plus récente qui évaluait l’effet du cotrimoxa-zole versus placebo sur la flore digestive, a montré quel’effet sur l’apparition des IR était en fait transitoire, avecune augmentation de la prévalence des IR dans le groupeantibiotique après 6 semaines de suivi post-traitement, puisdes valeurs comparables avec le groupe placebo après12 semaines [171].

Détection des intégrons

Les IR sont très prévalents dans tous les écosystèmes avecdes chiffres parfois effrayants, jusqu’à 70 % des souchesétudiées porteuses d’IR. Les études sont difficiles à comparercar les classes d’IR recherchées ne sont pas toujours lesmêmes et la classe 1 est la plus fréquemment recherchée etdonc la plus retrouvée. De plus, les méthodes de détectiondiffèrent, recherche des gènes des différentes intégrases,recherche des cassettes, PCR en point final, PCR en tempsréel, hybridation, etc. Or, comme il a été dit précédemment,les intégrases des IR ont des pourcentages d’identité élevés(40 à 58 %), rendant donc difficile leur détection avec unebonne spécificité. Ainsi, des études comparant différentscouples d’amorces pour amplifier et détecter les IR ontmontré les difficultés de spécificité [172]. De plus, les inté-grases des IR sont aussi proches des intégrases des SI, ce quiaugmente le risque de réactions croisées lors de PCR, surtoutsi on recherche les intégrons dans des écosystèmes où les

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espèces bactériennes porteuses de SI sont présentes (sol,eaux). Récemment, une technique de PCR en temps réelmultiplexe permettant de quantifier spécifiquement les IR declasse 1, 2 et 3 a été décrite [173].

Conclusion

Les intégrons sont des structures génétiques très impliquéesdans la résistance aux antibiotiques. Malgré leur plateformefonctionnelle assez simple, les récents travaux ont montré lacomplexité à la fois des processus de recombinaison et desprocessus de régulation d’acquisition et d’expression descassettes. Les intégrons constituent donc un supportgénétique capable d’assurer à la bactérie, avec un coûténergétique minime, une importante plasticité qui lui offrede formidables capacités d’adaptation et d’évolution.

Déclaration d’intérêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de conflits d’intérêts enrelation avec cet article.

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