WO2001042491A2 - Nouveaux substrats enzymatiques pour la detection de pseudomonas aeruginosa - Google Patents

Nouveaux substrats enzymatiques pour la detection de pseudomonas aeruginosa Download PDF

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WO2001042491A2
WO2001042491A2 PCT/FR2000/003398 FR0003398W WO0142491A2 WO 2001042491 A2 WO2001042491 A2 WO 2001042491A2 FR 0003398 W FR0003398 W FR 0003398W WO 0142491 A2 WO0142491 A2 WO 0142491A2
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pseudomonas aeruginosa
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enzymatic activity
amino
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Mireille Desmonceaux
Daniel Monget
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Biomerieux S.A.
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Definitions

  • New enzymatic substrates for the detection of Pseudomonas aeruginosa compositions containing them and method for detecting this species
  • the present invention relates to a substrate which can be used in a test for detecting the enzymatic activity ⁇ -alanine aminopeptidase. It also relates to a composition containing at least one such substrate, as well as to a method for detecting the bacterial species Pseudomonas aeruginosa.
  • substrates have been used to allow the determination of the presence or absence of enzymatic activities characteristic of microorganisms.
  • substrates depending on whether there is a reaction or not, it is possible to characterize the nature of a genus of microorganisms or to differentiate strains and / or species of a given microbial genus.
  • Synthetic enzyme substrates consist of two parts, a first part specific for the enzymatic activity to be revealed, hereinafter called the target part, and a second part serving as a marker, hereinafter called the marker part.
  • substrates can be fluorescent or chromogenic.
  • it is the second marker part or the product of its reaction with one or more other compounds, see in this regard patent application PCT / FR99 / 00781 filed in the name of the applicant, which is fluorescent or chromogenic when it is no longer associated with the first target part.
  • the state of the art does not describe a simple test to characterize the species Pseudomonas aeruginosa, which nevertheless remains one of the most sought-after species because of its great pathogenicity, its fairly high frequency of distribution and its involvement in many nosocomial diseases. .
  • a range of substrates based on ⁇ -Alanine is proposed as target part, which all allow real detection of Pseudomonas aeruginosa.
  • the invention also relates to a composition containing at least one such substrate and to a method for detecting Pseudomonas aeruginosa.
  • chromogenic substrates such as for example ⁇ -Alanine p-
  • the difference which seems essential to us compared to the present invention, relates to the target that we are aiming at, namely Pseudomonas aeruginosa, and not the enzyme of pancreatic elastase.
  • the present invention relates to an enzyme substrate consisting of a target part and a marker part, the hydrolysis of the substrate allowing the separation of the target part and the marker part, said target part characterizing the enzymatic activity.
  • the target part makes it possible to reveal an enzymatic activity ⁇ -alanine aminopeptidase of at least one microorganism Pseudomonas aeruginosa
  • the marker part is a molecule revealing the hydrolysis reaction.
  • the target part consists of ⁇ -Alanine or one of its derivatives and the marker part is a chromogenic or fluorescent molecule.
  • the substrate has the formula:
  • H 2 N-CH 2 -CH 2 -CO-NH-R where H 2 N-CH 2 -CH 2 -CO- is the target part and -NH-R is the chromogenic or fluorescent marker part of the substrate.
  • the marker part consists of: - ⁇ -Naphtylamine
  • the invention also relates to a composition allowing the detection of at least one strain and / or a species of microorganism which comprises at least one substrate, as described above, and a culture medium.
  • the composition allowing the detection of at least one strain and one species of microorganisms or of at least two strains or two species of microorganisms, which comprises at least one substrate, as described above, at least one other substrate and a culture medium.
  • the culture medium contains a developer.
  • the culture medium contains as developer:
  • the composition is in the form of a liquid medium or an agar medium.
  • the invention relates to a method for detecting the bacterial species Pseudomonas aeruginosa, this method consists:
  • the method for detecting the bacterial species is a variant, the method for detecting the bacterial species
  • Pseudomonas aeruginosa consists of: to put at least one substrate making it possible to detect the enzymatic activity ⁇ -alanine aminopeptidase in the presence of a sample suspected of containing at least one microorganism Pseudomonas aeruginosa,
  • the culture medium is gelled.
  • a product is added to this culture medium which reduces the migration of the color or colors obtained.
  • the present invention relates to the use of a biological property specific to most strains of the bacterial species Pseudomonas aeruginosa, which has ⁇ -alanine aminopeptidase activity. This property is found only in rare other species.
  • the invention consists in associating with the specific target part of the enzyme, which is constituted by ⁇ -Alanine, a suitable marker part.
  • a suitable marker part to reveal this activity already exist, but their use to detect Pseudomonas aeruginosa is not known, since the link between this species and this enzymatic activity has never been described.
  • the first family of substrates consists of a molecule having Naphtylamines as a marker part, one of the formulas of which corresponds to the substrate ⁇ -alanyl- ⁇ -naphthylamide, is:
  • R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R ⁇ , R 7 , and R 8 represent a hydrogen or bromine or chlorine or iodine atom or by a group of type -OH, -CH 3 , -CH 2 CH 3 , - OCH 3 , -OCH 2 CH 3 or COOH at each of these positions.
  • ⁇ -Naphtylamine can be used to detect ⁇ -alanine aminopeptidase activity, this is what describes the doctoral-engineer thesis of Mr. Daniel Monget, defended before the University Claude Bernard - Lyon I on July 4, 1978 (N ° 297). As this type of molecules is colorless, it is appropriate for them to be usable to add a developer, such as diazonium salt.
  • the second family of substrates of the prior art consists of molecules whose marker part is based on Aminomethylcoumarin, which is fluorescent once released from its target part.
  • the general formula of this family of substrates can be deduced from the following particular formula, which corresponds to ⁇ -Alanyl-7-amido-4-methylcoumarin:
  • R 9 , R 12 , R 13 , R ⁇ 4 and R ⁇ 5 represent a hydrogen or bromine or chlorine or iodine atom or by a group of type -OH, -CH 3 , -CH 2 CH 5 , -OCH 3 , - OCH 2 CH 5 or COOH at each of these positions.
  • This type of substrate is unsuitable for use in agar media, and is no longer used in a liquid medium.
  • the third family of substrates consists of ⁇ -Alanyl-4-amino-2,6-dichlorophenol having 2,6-Dichloroaminophenol as a marker part, the overall formula of which is as follows:
  • R ⁇ 6 and Rj represent a hydrogen or bromine or chlorine or iodine atom or by a group of type -OH, -CH 3 , -CH 2 CH 3 , -OCH 3 , -OCH 2 CH 3 or COOH at each of these positions.
  • This type of molecule has already been described in a previous patent application WO-A-99/51767, filed by the applicant, and requires the presence of a dried developer, for example 3,5 dihydroxy-2-naphthoic acid .
  • this patent application WO-A-99/51767 shows that it is possible to use other molecules where the two chlorine atoms and the hydroxyl group are replaced by a hydrogen or bromine or chlorine atom. or iodine or by a group of type -OH, -CH 3 , -CH 2 CH 3 , -OCH 3 , -OCH 2 CH 3 or COOH at each of these positions.
  • the fourth family of substrates is based on ⁇ -Alanyl p-nitroanilide or derivatives, with p-Nitroaniline as a marker part.
  • the general formula for this type of substrate is as follows:
  • R ⁇ 8 , R 19 , R 20 and R21 represent a hydrogen or bromine or chlorine or iodine atom or by a group of type -OH, -CH 3 , -CH 2 CH 3 , -OCH 3 , - OCH 2 CH 3 or COOH at each of these positions.
  • This product does not require the presence of a developer.
  • the fifth family of substrates is based on 2-Amino-indole or 3-Amino-indole as a marker part.
  • the general formula of these substrates is as follows for 2-Amino-indole:
  • All of these substrates are chromogenic with the exception of the second family which is fluorescent, and all constitute molecules allowing the identification of the enzymatic activity ⁇ -alanine aminopeptidase of Pseudomonas aeruginosa. This identification makes it possible to clearly differentiate this pathogenic species in clinics from other closely related Gram-negative bacilli species.
  • the enzymatic substrates used have the formula:
  • H 2 N-CH 2 -CH 2 -CO-NH-R where H 2 N-CH 2 -CH 2 -COOH is ⁇ -Alanine, i.e. the target part of the substrate and - NH 2 -R is the chromogen, that is to say the marker part of said substrate.
  • N-Tert-butoxycarboxyl- ⁇ -alanine (1.89 g, 10 mmol). This N-Tert-butoxycarboxyl- ⁇ -alanine is dissolved in anhydrous Tetrahydrofuran (grade HPLC, 30 ml). The solution is cooled to 0 ° C using an ice-salt bath, and N-methylmorpholine (2.02 g, 20 mmol) is added. The temperature is brought below -10 ° C, and Isobutyl chloroformate (2.74 g, 20 mmol) is added gradually while keeping the temperature below -8 ° C.
  • the viscous solution is poured gently into 250 ml of anhydrous diethyl ether. After 4 hours, the pulverulent solid is recovered by vacuum filtration and washed with diethyl ether. The product is finally dried in a vacuum desiccator and isolated to minimize hygroscopicity.
  • ⁇ -Alanine p-nitroanilide is as follows. A mass of 2.76 grams (g), or 20 millimoles (mmol) of 4-Nitroaniline is dissolved by stirring in the presence of 40 milliliters (ml) of dried pyridine and previously cooled to a temperature of minus 12 ° C. On the other hand, phosphorus trichloride (1 ml redistilled) is added to 12 ml of pyridine, always at a temperature of minus 12 ° C. The two solutions are then cooled to minus 16 ° C and the second solution containing phosphorus trichloride is added with stirring to the first solution containing Nitroaniline.
  • This mixing takes place between minus 14 and minus 16 ° C for at least 30 minutes (min) and then at room temperature for the same duration. Then added in small successive amounts 20 mmol, or 4.46 g, of Benzyloxycarbonyl- ⁇ -Alanine dry to the above solution stirred for at least 5 min. This stirring continues for 14 hours (h) between 30 and 40 ° C. The temperature is then brought to 50 ° C. and the stirring is continued for another 8 h. Thin layer chromatography of a diluted sample shows that a large part of the basic products has been transformed into a ⁇ -aminoacyl derivative. The pyridine is then removed by rotary evaporation at 50 ° C.
  • the residual viscous oil is stirred vigorously with crushed ice in the presence of ethanol. This gives partly a yellowish solid on the walls of the container containing it and partly a crystalline mass. The solid is taken up, filtered by suction and washed with water. The air-dried product is recrystallized from hot ethanol. The dry product weighs 4.3 g and is homogeneous by thin layer chromatography
  • ⁇ -alanine aminopeptidase The presence of ⁇ -alanine aminopeptidase is demonstrated by adding a drop of ZYMB (diazonium salt, Fast Blue BB), sold by bioMérieux under the reference 70480. The appearance of an orange coloration shows a positive reaction.
  • ZYMB diazonium salt, Fast Blue BB
  • the results are as follows. There is a negative reaction for the species listed below, in other words no ⁇ -alanine aminopeptidase activity has been detected: - Escherichia coli,
  • CDC stands for Center for Disease Control. CDC groups are designations of groups of strains awaiting a species name.
  • the substrate ⁇ -alanyl- ⁇ -naphthylamide and more particularly the target part, ⁇ -alanine is therefore particularly selective since only six (6) species have ⁇ -alanine aminopeptidase activity, for seventy-nine (79) species that do not have it, or around 7.1% of positive species among those tested.
  • the differentiation of Pseudomonas aeruginosa among the six species can easily be achieved in agar medium by the presence of a green coloration due to the production of pyoverdin by this species.
  • Vitek 2 cards registered trademark, bioMérieux, Saint Louis, Missouri, United States of America
  • bacterial suspensions adjusted to a density between 0.375 and 0.750 McF.
  • Table 1 below highlights the interest or not of the substrate tested for certain species already discussed in the previous chapter, or for new species
  • the substrate is ⁇ -Alanyl-7-amido-4-methylcoumarine is therefore particularly effective in detecting species:
  • Vitek 2 cards (Registered trademark, bioMérieux, Saint Louis, Missouri, United States of America), containing the substrate ⁇ -Alanyl-4- amino-2,6-dichlorophenol, in the presence of 3,5-dihydroxy-2-naphthoic acid and a peptone and buffered reaction medium at pH 8.5.
  • the densities of the bacterial suspensions are 0.5MF / NaCl 4.5 g / 1. Visual reading takes place after 22 to 24 hours of incubation. Table 2 below shows the results which have been found.
  • PVP polyvinyl pyruvate
  • the result is therefore very demonstrative since we easily distinguish the presence of Pseudomonas aeruginosa compared to other species not having the enzymatic activity ⁇ -alanine aminopeptidase.
  • the substrates having as target part of ⁇ -Alanine making it possible to demonstrate the activity ⁇ -alanine aminopeptidase are therefore particularly suitable for the detection of Pseudomonas aeruginosa, and of some other species (Serratia liquefaciens, Pseudomonas marcescens, Pseudomonas mendocina and Ochrobactrum anthropi), whose frequency of presence in a sample is much lower than for
  • Pseudomonas aeruginosa Therefore, the detection of the presence of this enzymatic activity will most often be related to the presence of Pseudomonas aeruginosa in the biological sample tested. It is however possible, as demonstrated in the following paragraph, to differentiate Pseudomonas aeruginosa from one of these other species having ⁇ -alanyne aminopeptidase activity.
  • Example A of Chapter 2 has shown that the species Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas mendocina both have ⁇ -alanine aminopeptidase activity. It is however possible to differentiate these two species by looking for ⁇ -glucosidase activity which is only present in Pseudomonas mendocina. This enzyme can for example be demonstrated with the substrate 6-Chloro-3-indolyl- ⁇ -D-glycopyranoside, obtained from Biosynth, Staad, Switzerland. The differentiation of these two species can be carried out in agar medium, as described below.
  • the medium is distributed and seeded as follows: - 10 dishes with pure cultures corresponding to five strains of Pseudomonas aeruginosa and five strains of Pseudomonas mendocina, and

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Abstract

La présente invention concerne un substrat enzymatique constitué d'une partie cible et d'une partie marqueur, l'hydrolyse du substrat permettant la séparation de la partie cible et de la partie marqueur, ladite partie cible caractérisant l'activité enzymatique recherchée. Elle concerne également une composition contenant au moins un tel substrat, ainsi qu'un procédé de détection de l'espèce bactériennePseudomonas aeruginosa. La partie cible du substrat permet de révéler une activité enzymatique β-alanine aminopeptidase et la partie marqueur est une molécule révélant la réaction d'hydrolyse. L'invention trouve une application préférentielle dans le domaine du diagnostic.

Description

Nouveaux substrats enzymatiques pour la détection de Pseudomonas aeruginosa, compositions les contenant et procédé de détection de cette espèce
DESCRIPTION
La présente invention concerne un substrat utilisable dans un test de détection de l'activité enzymatique β-alanine aminopeptidase. Elle concerne également une composition contenant au moins un tel substrat, ainsi qu'un procédé de détection de l'espèce bactérienne Pseudomonas aeruginosa.
Depuis de très nombreuses années, on utilise des substrats particuliers pour permettre la détermination de la présence ou de l'absence d'activités enzymatiques caractéristiques de micro-organismes. Par le choix des substrats, selon qu 'il y a réaction ou non, il est possible de caractériser la nature d'un genre de micro- organismes ou de différencier des souches et/ou des espèces d'un genre microbien donné.
Les substrats synthétiques d'enzymes sont constituées de deux parties, une première partie spécifique de l 'activité enzymatique à révéler, ci-après appelée partie cible, et une seconde partie faisant office de marqueur, ci-après appelée partie marqueur.
Ces substrats particuliers peuvent être fluorescents ou chromogènes. En fait, c 'est la seconde partie marqueur ou le produit de sa réaction avec un ou plusieurs autres composés, voir à ce propos la demande de brevet PCT/FR99/00781 déposée au nom de la demanderesse, qui est fluorescente ou chromogène lorsqu 'elle n 'est plus associée à la première partie cible.
Or l'état de la technique ne décrit pas de test simple pour caractériser l'espèce Pseudomonas aeruginosa, qui reste pourtant une espèce des plus recherchées du fait de sa grande pathogénicité, sa fréquence de distribution assez importante et son implication dans de nombreuses maladies nosocomiales. Conformément à la présente invention, on propose une gamme de substrats à base de β-Alanine comme partie cible, qui permettent tous une réelle détection de Pseudomonas aeruginosa. L'invention concerne encore une composition contenant au moins un tel substrat ainsi qu'un précédé de détection de Pseudomonas aeruginosa.
Certes l'activité β-Alanine est déjà bien connue. Ainsi dans un article de
Kasafirek, Evzen et al., intitulé « Rôle ofamino acid residues in chromogenic substrates cleaved by paner eatic elactase », Collect. Czech. Chem. Commun. (1987), 52(6), 1625-
33, il est mentionné des substrats chromogéniques comme par exemple la β-Alanine p-
Nitroaniline (voir sa synthèse en page 1631).
La différence, qui nous semble essentielle par rapport à la présente invention, a pour objet la cible que nous visons à savoir Pseudomonas aeruginosa, et non l'enzyme d'Elastase pancréatique.
Un article provenant de J. B. Suszkiw, A. S. Brecher, sur « Brain Aminoacyl Arylamidase. Further Purification of the Soluble Bovine Enzyme and Studies on Substrate Specificity and Possible Active-Site Residues », Biochemistry, vol. 9, no. 20 (1970), pages 4008-4017, propose une technique de purification d'une Arylamidase soluble extraite de l 'encéphale de bovins, la β-Alanine β-naphtylamine (voir sa synthèse en page 4010 2eme alinéa).
Là encore, la cible est complètement différente de celle que nous envisageons.
A cet effet, la présente invention concerne un substrat enzymatique constitué d'une partie cible et d'une partie marqueur, l'hydrolyse du substrat permettant la séparation de la partie cible et de la partie marqueur, ladite partie cible caractérisant l'activité enzymatique recherchée, caractérisé par le fait que la partie cible permet de révéler une activité enzymatique β-alanine aminopeptidase d'au moins un microorganisme Pseudomonas aeruginosa, et la partie marqueur est une molécule révélant la réaction d'hydrolyse.
Selon une variante préférentielle de réalisation, la partie cible est constituée de β-Alanine ou d'un de ses dérivés et la partie marqueur est une molécule chromogène ou fluorescent.
Toujours selon une variante préférentielle de réalisation, le substrat est de formule :
H2N-CH2-CH2-CO-NH-R, où H2N-CH2-CH2-CO- est la partie cible et -NH-R est la partie marqueur chromogene ou fluorescent du substrat.
Encore selon une variante préférentielle de réalisation, la partie marqueur est constituée de : - β-Naphtylamine,
- Aminométhylcoumarine, tel que 7-amino-4-méthyl-coumarine,
- dérivé de l'Aminobenzène, tel que 4-amino-2,6-dichlorophénol,
- p-Nitroaniline, ou
- 2-amino-indoxyl ou 3-amino-indoxyl. L'invention concerne également une composition permettant la détection d'au moins une souche et/ou une espèce de micro-organismes qui comprend au moins un substrat, tel que décrit ci-dessus, et un milieu de culture.
Selon une variante, la composition permettant la détection d'au moins souche et une espèce de micro-organismes ou d'au moins deux souches ou deux espèces de micro-organismes, qui comprend au moins un substrat, tel que décrit ci-dessus, au moins un autre substrat et un milieu de culture.
Selon une variante, le milieu de culture contient un révélateur. Dans ce cas, le milieu de culture contient comme révélateur :
- du sel de diazonium, lorsque la partie marqueur libérée est la β-Naphtylamine, ou - de l'Acide 3,5-dihydroxy-2-naphtoïque, lorsque la partie marqueur libérée est un dérivé de l'Aminobenzène.
Préférentiellement, la composition est sous la forme d'un milieu liquide ou d'un milieu gélose.
L'invention concerne enfin un procédé de détection de l'espèce bactérienne Pseudomonas aeruginosa, ce procédé consiste :
- à mettre au moins un substrat permettant de détecter l'activité enzymatique β-alanine aminopeptidase en présence d'un échantillon suspecté de contenir au moins un microorganisme Pseudomonas aeruginosa, et
- à observer l'apparition de réactions colorées et/ou fluorescentes. Selon une variante, le procédé de détection de l'espèce bactérienne
Pseudomonas aeruginosa, consiste : - à mettre au moins un substrat permettant de détecter l'activité enzymatique β-alanine aminopeptidase en présence d'un échantillon suspecté de contenir au moins un microorganisme Pseudomonas aeruginosa,
- à mettre au moins un substrat permettant de détecter une activité enzymatique différente de β-alanine aminopeptidase en présence de l'échantillon suspecté de contenir au moins un autre micro-organisme que Pseudomonas aeruginosa, cette autre activité enzymatique permettant de différencier Pseudomonas aeruginosa de cet autre micro-organisme, et
- à observer l'apparition de réactions colorées et/ou fluorescentes.
Dans les deux cas de figure ci-dessus, le milieu de culture est gélifié. Dans ce cas, on ajoute dans ce milieu de culture un produit réduisant la migration de la ou des colorations obtenues.
La présente invention concerne l'utilisation d'une propriété biologique propre à la plupart des souches de l'espèce bactérienne Pseudomonas aeruginosa, qui possède une activité β-alanine aminopeptidase. Cette propriété ne se retrouve que chez de rares autres espèces.
L'invention consiste à associer à la partie cible spécifique de l'enzyme, qui est constituée par la β-Alanine, une partie marqueur adaptée. De telles parties marqueurs pour révéler cette activité existent déjà, mais leur utilisation pour détecter Pseudomonas aeruginosa n'est pas connue, puisque le lien entre cette espèce et cette activité enzymatique n'a jamais été décrite.
Ainsi, la première famille de substrats est constituée d'une molécule ayant les Naphtylamines comme partie marqueur, dont l'une des formules, correspondant au substrat β-alanyl-β-naphtylamide, est :
Figure imgf000005_0001
dans laquelle R2, R3, R4, R5, RÔ, R7, et R8 représentent un atome d'hydrogène ou de brome ou de chlore ou d'iode ou par un groupement de type -OH, -CH3, -CH2CH3, - OCH3, -OCH2CH3 ou COOH à chacune de ces positions. La β-Naphtylamine peut être utilisée pour détecter l'activité β-alanine aminopeptidase, c'est ce que décrit la thèse de Docteur-Ingénieur de monsieur Daniel Monget, soutenue devant l'Université Claude Bernard - Lyon I le 4 juillet 1978 (N° d'ordre 297). Ce type de molécules étant incolore, il convient pour qu'elles soient utilisables d'ajouter un révélateur, tel que du sel de diazonium.
La deuxième famille de substrats de l'état de la technique est constituée par des molécules dont la partie marqueur est à base d'Aminométhylcoumarine, qui est fluorescente une fois libérée de sa partie cible. La formule générale de cette famille de substrats peut être déduite de la formule particulière suivante, qui correspond à la β- Alanyl-7-amido-4- méthylcoumarine :
Figure imgf000006_0001
dans laquelle R9, R12, R13, Rι4 et Rι5 représentent un atome d'hydrogène ou de brome ou de chlore ou d'iode ou par un groupement de type -OH, -CH3, -CH2CH5, -OCH3, - OCH2CH5 ou COOH à chacune de ces positions. Ce type de substrats est peu adapté à une utilisation dans des milieux géloses, et est plus utilisé en milieu liquide.
La troisième famille de substrats est constituée de β-Alanyl-4-amino-2,6- dichlorophénol ayant le 2,6-Dichloroaminophénol comme partie marqueur, dont la formule globale est la suivante :
Figure imgf000006_0002
dans laquelle Rι6 et Rj représentent un atome d'hydrogène ou de brome ou de chlore ou d'iode ou par un groupement de type -OH, -CH3, -CH2CH3, -OCH3, -OCH2CH3 ou COOH à chacune de ces positions. Ce type de molécules a déjà été décrite dans une précédente demande de brevet WO-A-99/51767, déposée par la demanderesse, et nécessite la présence d'un révélateur séché, par exemple l'Acide 3,5 dihydroxy-2- naphtoïque. Toutefois, cette demande de brevet WO-A-99/51767 montre qu'il est possible d'utiliser d'autres molécules où les deux atomes de chlore et le groupement hydroxyle sont remplacés par un atome d'hydrogène ou de brome ou de chlore ou d'iode ou par un groupement de type -OH, -CH3, -CH2CH3, -OCH3, -OCH2CH3 ou COOH à chacune de ces positions.
La quatrième famille de substrats est à base de β-Alanyl p-nitroanilide ou dérivés, avec la p-Nitroaniline comme partie marqueur. La formule générale de ce type de substrats est la suivante :
Figure imgf000007_0001
dans laquelle Rι8, R19, R20 et R21 représentent un atome d'hydrogène ou de brome ou de chlore ou d'iode ou par un groupement de type -OH, -CH3, -CH2CH3, -OCH3, - OCH2CH3 ou COOH à chacune de ces positions. Ce produit ne nécessite pas la présence d'un révélateur.
La cinquième famille de substrats est à base de 2-Amino-indole ou de 3-Amino- indole comme partie marqueur. La formule générale de ces substrats est la suivante pour le 2-Amino-indole:
Figure imgf000007_0002
et pour le 3-Amino-indole
Figure imgf000008_0001
Tous ces substrats sont chromogènes à l'exception de la deuxième famille qui est fluorescente, et constituent tous des molécules permettant l'identification de l'activité enzymatique β-alanine aminopeptidase de Pseudomonas aeruginosa. Cette identification permet de bien différencier cette espèce pathogène en clinique d'autres espèces de bacilles à Gram négatif proches.
1 °^ Substrats utilisés :
Les substrats enzymatiques utilisés sont de formule :
H2N-CH2-CH2-CO-NH-R, où H2N-CH2-CH2-COOH est la β-Alanine, c'est-à-dire la partie cible du substrat et - NH2-R est le chromogène, c'est-à-dire la partie marqueur dudit substrat. Quatre substrats ont été testés qui correspondent aux quatre premières familles de substrats précédemment décrites. Il y a :
- la β-Alanyl-β-naphtylamide, qui est commercialisée sous la référence Kl 035 par la société Bachem, Bubendorf, Suisse,
- la β-Alanyl-7-amido-4-méthylcoumarine, qui est commercialisée sous la référence 11030 par la société Bachem, Bubendorf, Suisse,
- la β-Alanyl-4-amino-2,6-dichlorophénol, dont la synthèse sera exposée ci-dessous, et
- la β-Alanine p-nitroanilide dont la synthèse sera exposée plus loin.
La synthèse de la β-Alanyl-4-amino-2,6-dichlorophénol est effectuée à partir de
N-Tert-butoxycarboxyl- β-alanine (1,89 g, 10 mmol). Ce N-Tert-butoxycarboxyl-β- alanine est dissous dans du Tétrahydrofurane anhydre (HPLC grade, 30 ml). La solution est refroidie à 0°C en utilisant un bain de glace et de sel, et on ajoute du N- méthylmorpholine (2,02 g, 20 mmol). On porte la température en-dessous de -10°C, et on ajoute l'Isobutyl chloroformate (2,74g, 20 mmol) graduellement tout en conserver la température en-dessous de -8°C. On ajoute à la suspension anhydre ci-dessus, une solution froide de 4-Amino-2,6-dichlorophénol (1 ,78 g, lOmmol), dissous dans du Diméthylformamide et traitée avec du N-méthylmorpholine (4,08 g, 40 mmol) pour libérer la base libre. Cette solution est maintenue en-dessous de la température ambiante avant l'addition ci-dessus mentionnée. Le mélange réactionnel obtenu est agité dans un bain de glace et de sel pendant 1 heure, et ensuite pendant 5 heures à la température ambiante. Une chromatographie couche mince indique une conversion presque complète de produit en amide. La suspension est filtrée pour éliminer l' Hydrochlorure de N-méthylmorpholine, le résidu étant lavé en ajoutant du
Tétrahydrofurane. Ensuite on utilise un vaporisateur rotatif pour retirer le Tétrahydrofurane et un peu de Diméthylformamide, et puis on verse lentement la solution obtenue dans de l'eau glacée vigoureusement agitée. Le précipité gris est repris, bien lavé à l'eau et séché dans un four à vide à 30-40°C. Le produit est recristallisé dans le méthanol avec l'addition d'un peu d'eau, ce qui donne 1 ,72 g de petits cristaux blancs. Il s'agit du N-α-t-BOC-β-alanyl-4-amino-2,6-dichlorophénol qui est ensuite dissous dans un minimum d'Acétate d'éthyle saturé de chlorure d'hydrogène. Après 2 heures à environ 16°C, la solution visqueuse est versée doucement dans 250 ml d'Ether diéthylique anhydre. Après 4 heures, le solide pulvérulent est récupéré par filtration sous vide et lavé à l'Ether diéthylique. Le produit est enfin séché dans un dessiccateur à vide et isolé pour minimiser l'hygroscopicité.
La synthèse de la β-Alanine p-nitroanilide est la suivante. Une masse de 2,76 grammes (g), soit 20 millimoles (mmol) de 4-Nitroaniline est dissoute par agitation en présence de 40 millilitres (ml) de pyridine séchée et préalablement refroidie à une température de moins 12°C. D'autre part, du Trichlorure de phosphore (1 ml redistillé) est ajouté à 12 ml de pyridine, toujours à la température de moins 12°C. Les deux solutions sont ensuite refroidies à moins 16°C et la deuxième solution contenant le Trichlorure de phosphore est ajoutée sous agitation à la première solution contenant la Nitroaniline. Ce mélange s'effectue entre moins 14 et moins 16°C pendant au moins 30 minutes (mn) puis à température ambiante pendant la même durée. On ajoute ensuite par petites quantités successives 20 mmol, soit 4,46 g, du Benzyloxycarbonyl-β-Alanine sec à la solution ci-dessus agitée pendant au moins 5 mn. Cette agitation se poursuit pendant 14 heures (h) entre 30 et 40°C. La température est ensuite portée à 50°C et l'agitation est pousuivie encore pendant 8 h. Une chromatographie en couche mince d'un échantillon dilué montre qu'une grande partie des produits de base a été transformée en dérivé β-aminoacyl. On retire ensuite la pyridine par évaporation rotative à 50°C. L'huile visqueuse résiduelle est agitée vigoureusement avec de la glace pilée en présence d'éthanol. On obtient ainsi en partie un solide jaunâtre sur les parois du récipient le contenant et en partie une masse cristalline. Le solide est repris, filtré par aspiration et lavé avec de l'eau. Le produit séché à l'air est recristallisé dans l'éthanol chaud. Le produit sec pèse 4,3 g et est homogène par chromatographie en couche mince
(CCM) utilisant des plaques de gel de silice (solvant - éthyl acétate/toluène). Le rendement est de 62,7%. La protection constituée par le Benzyloxycarbonyl, présent dans la Benzyloxycarbonyl-β-alanine-p-nitroanilide, est ensuite éliminée. Ainsi, 2,15 g de cette substance sont dissous dans un volume minimal d'acide acétique glacial chaud sous agitation. A ce mélange, refroidi à 25°C est ajouté un volume égal de Bromure d'hydrogène à 30 % dans de l'acide acétique glacial sous agitation. Après 1 h 30 mn, la solution visqueuse est versée lentement dans 400 ml d'Ether diéthyl anhydre, sous agitation forte. La suspension blanche obtenue est ensuite filtrée et le résidu est lavé plusieurs fois par de l'éther anhydre, puis séché dans un dessiccateur à vide toute une nuit. On obtient ainsi 1,50 g de β-Alanine-p-nitroanilide, sous forme de sel de bromure.
2°) MISE EN EVIDENCE DE L'ACTIVITE ENZYMATIQUE β-ALANINE AMINOPEPTIDASE AU MOYEN DE DIFFERENTS SUBSTRATS ENZYMATIQUES :
A - Test du substrat β-Alanyl-β-naphtylamide et de la sélectivité de la partie cible :
Plusieurs espèces, à raison de cinq souches par espèce, sauf si le nombre est précisé, ont été testées en présence de β-alanyl-β-naphtylamide dans des galeries de type API ZYM de chez bioMérieux La Balme, France. Les réactions ont été effectuées avec des suspensions bactériennes à une densité de 4 Me Farland (McF) dans du tampon phosphate à 0,01M à pH 7,5. L'échelle de Me Farland est une échelle de concentration bactérienne, où 4 McF correspondent à 12.10 bactéries par millilitre. Pour chaque souche, 80 microlitres de suspension sont introduits dans chacune des cupules de la galerie. Les galeries sont mises à incuber à 37°C pendant 4 h. La présence β-alanine aminopeptidase est mise en évidence en ajoutant une goutte de ZYMB (sel de diazonium, Fast Blue BB), commercialisé par bioMérieux sous la référence 70480. L'apparition d'une coloration orange témoigne d'une réaction positive. Les résultats sont les suivants. Il y a une réaction négative pour les espèces énumérées ci-après, en d'autres termes aucune activité β-alanine aminopeptidase n'a été détectée : - Escherichia coli,
- Shigella spp. (4 souches),
- Shigella sonnei,
- Edwarsiella tarda (2 souches),
- Salmonella choleraesuis, - Salmonella typhi,
- Salmonella spp.,
- Salmonella par atyphi A,
- Salmonella gallinarum (3 souches),
- Salmonella arizonae, - Citrobacter freundii,
- Citrobacter diversus,
- Klebsiella pneumoniae, spp. pneumoniae,
- Klebsiella pneumoniae, spp. oxytoca,
- Klebsiella ozaenae, - Klebsiella rhinoscleromatis (3 souches),
- Hafnia alvei,
- Enterobacter aerogenes,
- Enterobacter cloacae,
- Enterobacter sakazakii, - Enterobacter gergoviae,
- Serratia marcescens, - Serratia odorifera,
- Serratia fonticola,
- Serratia plymuthica,
- Proteus vulgaris, - Proteus mirabilis,
- Proteus morganii,
- Proteus rettgeri,
- Providencia alcalifaciens,
- Providencia stuartii, - Yersinia enterocolitica,
- Yersinia pseudotuberculosis,
- Pseudomonas putida,
- Comamonas acidovorans,
- Comamonas testosteroni, - Pseudomonas alcaligenes,
- Pseudomonas stutzeri,
- Shewanella putrefaciens,
- Stenotrophomonas maltophilia,
- Brevundimonas diminuta, - Brevundimonas vesicularis,
- Ralstonia picketti,
- Pseudomonas luteola,
- Pseudomonas oryzihabitans,
- Sphingomonas paucimobilis, - Sphingobacterium multivorum,
- Alcaligenes faecalis/odorans,
- Achromobacter xylosoxidans spp. denitrificans,
- Achromobacter xylosoxidans, spp. xylosoxidans,
- Bordetella bronchiseptica, - Oligella ureolytica (1 souches),
- CDC 1VC2, - Aeromonas hydrophila,
- Plesiomonas shigelloïdes,
- Vibrio alginolyticus,
- Vibrio parahaemolyticus (4 souches), - Chryseobacterium meningosepticum,
- Empedobacter brevis (3 souches),
- Chryseobacterium balustinum (1 souche),
- Chryseobacterium indologenes,
- Weeksella virosa (4 souches), - Myroides spp. ,
- Pasteur ella gallinarum (1 souche),
- Pasteurella multocida,
- Pasteur ella pneumotropica (4 souches),
- Actinobacillus ureae (1 souche), - Pasteurella haemolytica,
- Pasteurella aerogenes,
- proches de Pasteurella (4 souches),
- Psychrobacter phenylpyruvicus (4 souches),
- Moraxella paraphenylpyruvica (3 souches), - Moraxella lacunata (4 souches),
- Moraxella lac. sp. liquefaciens (7 souches),
- Moraxella non liquefaciens (13 souches),
- Moraxella bovis (4 souches),
- Moraxella osloensis (18 souches), et - Actinobacillus spp.
Par contre, il y a une réaction positive pour les quelques espèces énumérées ci- après, en d'autres termes une activité β-alanine aminopeptidase a été détectée :
- Serratia liquefaciens,
- Pseudomonas aeruginosa, - Pseudomonas fluor escens,
- Burkholderia cepacia, - Pseudomonas mendocina., et
- Ochrobactrum anthropi.
CDC veut dire Center for Disease Control. Les groupes CDC sont des désignations de groupes de souches en attente d'un nom d'espèce. Le substrat β-alanyl-β-naphtylamide et plus particulièrement la partie cible, la β- alanine, est donc particulièrement sélective puisque six (6) espèces seulement possèdent l'activité β-alanine aminopeptidase, pour soixante-dix-neuf (79) espèces qui ne la possèdent pas, soit environ 7,1% d'espèces positives parmi celles testées.
La différenciation de Pseudomonas aeruginosa parmi les six espèces peut facilement être réalisée en milieu gélose par la présence d'une coloration verte due à la production de pyoverdine par cette espèce.
B - Test du substrat β-Alanyl-7-amido-4-méthylcoumarine et efficacité sur la détection de souches de Pseudomonas aeruginosa : Le substrat β-Alanyl-7-amido-4-méthylcoumarine a été utilisé avec la méthodologie suivante. Les souches ont été isolées sur les milieux bioMérieux, France, suivants :
- Columbia sang de mouton,
- Trypticase soja sang de mouton, et - Mac Conkey (milieu d'isolement des entérobactéries).
Les réactions ont été effectuées dans des cartes Vitek 2 (Marque déposée, bioMérieux, Saint Louis, Missouri, Etats-Unis d'Amérique) avec des suspensions bactériennes ajustées à une densité comprise entre 0,375 et 0,750 McF.
Le tableau 1 ci-dessous met en évidence l'intérêt ou non du substrat testé pour certaines espèces déjà abordées au chapitre précédent, ou pour de nouvelles espèces
(par exemple Ochrobactrum anthropi).
Des tests simples comme l'hydrolyse de l'arginine (ADH) ou l'utilisation de l'acétamide permettent de séparer Pseudomonas aeruginosa de l'espèce Ochrobactrum anthropi.
Figure imgf000015_0001
Tableau 1 : Efficacité du substrat β-Alanyl-7-amido-4-méthylcoumarine
Le substrat est β-Alanyl-7-amido-4-méthylcoumarine est donc particulièrement efficace pour détecter les espèces :
- Ochrobactrum anthropi, puisque le taux de réactions positives est de 100%,
- Pseudomonas aeruginosa, puisque le taux de réactions positives est de 97,8%, et
- Pseudomonas mendocina, puisque le taux de réactions positives est de 100%.
La valeur trouvée pour Pseudomonas aeruginosa est particulièrement intéressante, car l'échantillonage testé comprend 137 espèces. Les trois souches, qui ne réagissent pas ou qui réagissent mal, sont liées à la variabilité biologique de cette espèce. D'autres espèces montrent une aptitude partielle à hydrolyser la β-alanyl-7- amido-4- méthylcoumarine, il s'agit de :
- Ralstonia pickettii, puisque le taux de réactions positives est de 20%, et
- Chromobacterium violaceum, puisque le taux de réactions positives est de 10%.
C - Test du substrat β-Alanyl-4-amino-2.6-dichlorophénol et efficacité sur la détection de souches de Pseudomonas aeruginosa :
Après isolement sur gélose Columbia au sang de mouton, les souches sont testées en milieux liquide sur des cartes Vitek 2 (Marque déposée, bioMérieux, Saint Louis, Missouri, Etats-Unis d'Amérique), contenant le substrat β-Alanyl-4-amino-2,6- dichlorophénol, en présence de l'Acide 3,5-dihydroxy-2-naphtoïque et un milieu réactionnel peptoné et tamponné à pH 8,5. Les densités des suspensions bactériennes sont de 0,5MF / NaCl 4,5 g/1. La lecture visuelle s'effectue après 22 à 24 heures d'incubation. Le tableau 2 ci-après expose les résultats qui ont été trouvés.
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
Avec ce substrat, β-Aianyl-4-amino-2,6-dichloroρhénol, on obtient des résultats qui sont toujours très significatifs avec Pseudomonas aeruginosa, Serratia liquefaciens, Serratia marcescens et relativement significatif avec Pseudomonas mendocina et Ochrobactrum anthropi. Il peut donc y avoir un intérêt à combiner ce substrat avec un autre substrat permettant de distinguer Pseudomonas aeruginosa des autre microorganismes qui ont une réactivité positive (voir 3ème paragraphe). Le cas de Pseudomonas fluorescens est difficile à interpréter et relève plutôt d'un problème de manipulation ou de la variabilité génétique de cette espèce.
De plus, on peut noter que la présence de polyvinyl pyruvate (PVP) améliore la coloration des réactions positives.
D - Test du substrat β-Alanyl para-nitroanilide :
Il s'agit sensiblement de la même méthodologie que dans le paragraphe C précédent, à l'exception de la lecture visuelle qui s'effectue après 19h d'incubation. On a utilisé comme substrat la β-Alanyl p-nitroanilide. Le tableau 3 ci-après récapitule les résultats.
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000019_0001
Tableau 3 : Efficacité du substrat β-Alanyl p-nitroanilide
Le résultat est donc très démonstratif puisque l'on distingue aisément la présence de Pseudomonas aeruginosa par rapport à d'autres espèces n'ayant pas l'activité enzymatique β-alanine aminopeptidase. Les substrats ayant comme partie cible de la β-Alanine permettant de mettre en évidence l'activité β-alanine aminopeptidase sont donc particulièrement adaptés à la détection de Pseudomonas aeruginosa, et de quelques autres espèces (Serratia liquefaciens, Pseudomonas marcescens, Pseudomonas mendocina et Ochrobactrum anthropi), dont la fréquence de présence dans un échantillon est bien moindre que pour
Pseudomonas aeruginosa. De ce fait la détection de la présence de cette activité enzymatique sera le plus souvent en relation avec la présence de Pseudomonas aeruginosa dans l'échantillon biologique testé. Il est toutefois possible, comme le démontre le paragraphe qui suit, de différencier Pseudomonas aeruginosa d'une de ces autres espèces ayant l'activité β-alanyne aminopeptidase.
3° UTILISATION COMBINEE DE DEUX SUBSTRATS ENZYMATIQUES POUR REVELER DEUX ACTIVITES ENZYMATIQUES DIFFERENTES DONT L'UNE EST L'ACTIVITE ENZYMATIQUE β-ALANINE AMINOPEPTIDASE :
Cette utilisation de deux substrats pour révéler deux activités enzymatiques différentes est particulièrement intéressante. C'est par exemple le cas des activités β- glucosidase et β-alanine aminopeptidase.
Ainsi l'exemple A du chapitre 2 a montré que les espèces Pseudomonas aeruginosa et Pseudomonas mendocina possèdent toutes les deux une activité β-alanine aminopeptidase. Il est toutefois possible de différencier ces deux espèces par la recherche de l'activité β-glucosidase qui n'est présente que chez Pseudomonas mendocina. Cette enzyme peut par exemple être mise en évidence avec le substrat 6- Chloro-3-indolyl-β-D-glycopyranoside, obtenu chez Biosynth, Staad, Suisse. La différenciation de ces deux espèces peut être réalisée en milieu gélose, comme décrit ci-après.
A un milieu Trypticase soja gelosé sont ajoutés :
- 200 mg de 6-Chloro-3-indolyl-β-D-glycopyranoside,
- 50 mg de β-Alanyl-N,N'-diméthyl-p-phénylène-diamine, et - 15 mg d'Acide 3,5-dihydroxy-2-naphtoïque.
Le milieu est réparti et ensemencé de la façon suivante : - 10 boîtes avec des cultures pures correspondantes à cinq souches de Pseudomonas aeruginosa et cinq souches de Pseudomonas mendocina, et
- 2 boîtes avec un mélange de deux souches l'une de Pseudomonas aeruginosa et l'autre de Pseudomonas mendocina. Les boîtes de Pétri sont incubées à 35-37°C. Après 18-24 heures d'incubation, la coloration des colonies est observée. Les colonies bleues avec un halo bleu correspondent à Pseudomonas aeruginosa et à la présence de l'activité β-alanine aminopeptidase, tandis que les colonies pourpres avec un halo bleu correspondent à Pseudomonas mendocina et à la présence des deux activités β-alanine aminopeptidase et β-glucosidase.
Il est ainsi très facile de différencier sur un même milieu un mélange de souches appartenant à ces deux espèces lorsqu'elles sont présentes dans un même échantillon. Cet exemple montre qu'il est possible de combiner plusieurs substrats en relation avec plusieurs réactions enzymatiques dans un même milieu réactionnel, dont une selon la présente invention pour caractériser Pseudomonas aeruginosa.

Claims

REVENDICATIONS
1. Substrat enzymatique constitué d'une partie cible et d'une partie marqueur, l'hydrolyse du substrat permettant la séparation de la partie cible et de la partie marqueur, ladite partie cible caractérisant l'activité enzymatique recherchée, caractérisé par le fait que la partie cible permet de révéler une activité enzymatique β-alanine aminopeptidase d'au moins un micro-organisme Pseudomonas aeruginosa, et la partie marqueur est une molécule révélant la réaction d'hydrolyse.
2. Substrat, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie cible est constituée de β-Alanine ou d'un de ses dérivés et la partie marqueur est une molécule chromogène ou fluorescente.
3. Substrat, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est de formule :
H2N-CH2-CH2-CO-NH-R, où H2N-CH2-CH2-CO- est la partie cible et -NH-R est la partie marqueur chromogene ou fluorescente du substrat.
4. Substrat, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la partie marqueur est constituée de :
- β-Naphtylamine,
- Aminométhylcoumarine, tel que 7-Amino-4-méthyl-coumarine,
- dérivé de l'Aminobenzène, tel que 4-Amino-2,6-dichlorophénol, - p-Nitroaniline, ou
- 2-Amino-indoxyl ou 3-Amino-indoxyl.
5. Composition permettant la détection d'au moins une souche et/ou une espèce de micro-organismes qui comprend au moins un substrat, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, et un milieu de culture.
6. Composition permettant la détection d'au moins souche et une espèce de micro-organismes ou d'au moins deux souches ou deux espèces de micro-organismes, qui comprend au moins un substrat, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, au moins un autre substrat et un milieu de culture.
7. Composition, selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée par le fait que le milieu de culture contient un révélateur.
8. Composition, selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que le milieu de culture contient :
- du sel de diazonium, lorsque la partie marqueur libérée est la β-Naphtylamine, ou
- de l'Acide 3,5-dihydroxy-2-naphtoïque, lorsque la partie marqueur libérée est un dérivé de l'Aminobenzène, tel que le Dichloro-amino-phénol.
9. Composition, selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée par le fait qu'elle est sous la forme d'un milieu liquide ou d'un milieu gélose.
10. Procédé de détection de l'espèce bactérienne Pseudomonas aeruginosa, consistant : - à mettre au moins un substrat permettant de détecter l'activité enzymatique β-alanine aminopeptidase en présence d'un échantillon suspecté de contenir au moins un microorganisme Pseudomonas aeruginosa, et
- à observer l'apparition de réactions colorées et/ou fluorescentes.
11. Procédé de détection de l'espèce bactérienne Pseudomonas aeruginosa, consistant :
- à mettre au moins un substrat permettant de détecter l'activité enzymatique β-alanine aminopeptidase en présence d'un échantillon suspecté de contenir au moins un microorganisme Pseudomonas aeruginosa, - à mettre au moins un substrat permettant de détecter une activité enzymatique différente de β-alanine aminopeptidase en présence de l'échantillon suspecté de contenir au moins un autre micro-organisme que Pseudomonas aeruginosa, cette autre activité enzymatique permettant de différencier Pseudomonas aeruginosa de cet autre micro-organisme, et
- à observer l'apparition de réactions colorées et/ou fluorescentes.
12. Procédé, selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que le milieu de culture est gélifié.
13. Procédé, selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on ajoute dans le milieu de culture un produit réduisant la migration de la ou des colorations et/ou flurescences obtenues.
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