« Avec le lancement de la nouvelle revue Bacteriophage au début de l’année 2011, Alexander Sulakvelidze a défini les bactériophages comme « les organismes les plus ubiquitaires de la Terre, jouant un rôle important dans le maintien de l’équilibre microbien sur cette planète ». En fait, les bactériophages, ou phages, se trouvent partout où leur hôte bactérien est présent. Il a été établi que la population de phages dans les systèmes aquatiques se situe dans une fourchette de 10^4 à 10^8 virions par ml et d’environ 10^9 virions par g dans le sol. . FEMS Microbiol avec un nombre total estimé à 10^32 bactériophages sur la planète.
Bactériophages : une évaluation de leur rôle dans le traitement des infections bactériennes. Les phages, décrits il y a près d’un siècle par William Twort et découverts indépendamment peu après par Félix d’Herelle (considéré par beaucoup comme le fondateur des bactériophages et de leur importance thérapeutique : la phagothérapie), sont de petits virus qui présentent la capacité de tuer les bactéries sans affecter les lignées cellulaires d’autres organismes. En raison de la spécificité des hôtes cibles cellulaires, l’application des phages a été proposée dès leur introduction comme thérapie pour le traitement des infections aiguës et chroniques avec des succès initiaux, décrits d’abord dans les disciplines de la dermatologie, de l’ophtalmologie, de l’urologie, de la stomatologie, de la pédiatrie, de l’ORL et de la chirurgie.
La passion initiale pour la phagothérapie afin de traiter les maladies bactériennes à l’époque précédant l’antibiothérapie était, on le comprend, énorme. En effet, la seule thérapie disponible dans les années 1920 et 1930 était la sérothérapie pour certains agents pathogènes choisis tels que les pneumocoques et la diphtérie. L’utilisation des bactériophages a même été décrite avec un grand intérêt lorsque le personnage principal du roman de Sinclair Lewis, Arrowsmith, lauréat du prix Pulitzer, a utilisé ce traitement pour lutter contre l’épidémie de peste bubonique sur une île des Caraïbes.
Ce concept d’utilisation thérapeutique des phages pour traiter les infections bactériennes a toutefois été très controversé dès le début et n’a pas été universellement accepté par le public et la communauté médicale. Les premières études ont souvent été critiquées pour l’absence de contrôles appropriés et des résultats incohérents. Le manque de reproductibilité et les nombreux résultats contradictoires obtenus dans les différentes études publiées ont conduit à la conclusion que les preuves de la valeur thérapeutique des filtrats lytiques étaient largement contradictoires et peu convaincantes, et il a été recommandé d’effectuer des recherches supplémentaires pour confirmer ses prétendus avantages. L’émergence de l’ère de la chimiothérapie antibiotique avec l’introduction des sulfamides dans les années 1930, puis de la pénicilline dans les années 1940, a encore tempéré l’enthousiasme pour la recherche et la thérapie par les phages. La phagothérapie est toutefois restée un domaine de recherche et de développement actif dans l’ex-URSS, en Pologne et, dans une moindre mesure, en Inde. Notamment, au cours de la dernière décennie, en raison de l’apparition de bactéries multirésistantes, les chercheurs ont reconsidéré cette approche centenaire et considèrent la phagothérapie comme une option de traitement « nouvelle » et potentiellement viable pour les agents pathogènes bactériens difficiles à traiter.
Cet article traite des origines de la phagothérapie, de la biologie et du cycle de vie des phages, ainsi que d’un résumé des données expérimentales et cliniques étayant la phagothérapie dans le traitement des infections bactériennes multirésistantes (MDR) et du sepsis. Il reste à voir si la phagothérapie atteindra jamais son plein potentiel thérapeutique dans la médecine intensive moderne, mais son applicabilité pratique comme alternative aux antibiotiques pour le traitement du sepsis humain causé par des agents pathogènes porteurs de plusieurs gènes de résistance aux antibiotiques est désormais sérieusement envisagée.
Contexte historique
Ernest Hanbury Hankin, un bactériologiste britannique qui travaillait comme expert chimiste et bactériologiste pour le gouvernement des Provinces-Unies et des Provinces centrales de l’Inde, a démontré en 1896 que les eaux des fleuves indiens Gange et Yamuna contenaient un principe biologique qui détruisait les cultures de bactéries provoquant le choléra. Cette substance pouvait traverser les filtres millipores, connus pour retenir les micro-organismes plus grands tels que les bactéries. Il a publié ses travaux en français dans les Annales de l’Institut Pasteur. En 1915, alors qu’il étudiait la croissance du virus de la vaccine sur des milieux gélosés sans cellules, le microbiologiste britannique Frederick Twort a constaté que des cultures bactériennes « pures » pouvaient être associées à un matériau filtrant perméable, ce qui pouvait entraîner la décomposition complète des bactéries d’une culture en granules. Cet « agent filtrable » a été détecté dans des cultures de microcoques isolés de la vaccine : le matériel de certaines colonies qui ne pouvaient pas être repiquées était capable d’infecter une nouvelle croissance de microcoques, et cet état pouvait être transmis à des cultures fraîches du micro-organisme pendant un nombre presque indéfini de générations. Ce matériau transparent, dont il a été constaté qu’il ne pouvait pas croître sans bactéries, a été décrit par Twort comme un ferment sécrété par le micro-organisme dans un but qui n’était pas clair à ce moment-là.
Deux ans après ce rapport, Félix d’Herelle a décrit indépendamment une découverte expérimentale similaire alors qu’il étudiait des patients souffrant de dysenterie bacillaire ou s’en remettant. Il a isolé à partir des selles de patients atteints de shigellose un « microbe anti-Shiga » en filtrant des selles incubées pendant 18 heures. Ce filtrat actif, lorsqu’il était ajouté soit à une culture, soit à une émulsion de bacilles de Shiga, pouvait provoquer l’arrêt de la culture, la mort et finalement la lyse des bacilles. D’Herelle a décrit sa découverte comme un microbe qui était un « vrai » microbe de l’immunité et un bactériophage obligatoire. Il a également démontré l’activité de ce microbe anti-Shiga par l’inoculation d’animaux de laboratoire pour le traitement de la shigellose et a semblé confirmer l’importance clinique de sa découverte en satisfaisant au moins certains des postulats de Koch.
Indépendamment de la discussion réelle sur l’origine de d’Herelle lui-même (certains affirment qu’il est né à Paris, tandis que d’autres prétendent qu’il est né à Montréal), la controverse initiale a été principalement menée par Bordet et son collègue Gartia à l’Institut Pasteur de Bruxelles. Ces auteurs ont formulé des affirmations concurrentes sur la nature exacte et la signification de la découverte fondamentale. Alors que Twort n’a pas poursuivi ses recherches dans le même domaine par manque d’argent et en raison de son appartenance au Royal Army Medical Corps, d’Herelle a introduit l’utilisation des bactériophages en médecine clinique et a publié de nombreuses études non randomisées provenant du monde entier. Il a également introduit le traitement par phages intraveineux pour les infections invasives, et il a résumé toutes ces constatations et observations en 1931. Le premier article publié sur l’utilisation clinique des phages a toutefois été publié en Belgique par Bruynoghe et Maisin, qui ont utilisé des bactériophages pour traiter des furoncles et des anthrax cutanés en injectant des phages spécifiques aux staphylocoques près de la base des furoncles cutanés. Ils ont décrit des signes évidents d’amélioration clinique dans les 48 heures, avec une réduction de la douleur, du gonflement et de la fièvre chez les patients traités.
À cette époque, la nature exacte du phage n’était pas encore connue et restait un sujet de débat actif et animé. Le manque de connaissances sur la nature essentielle de l’ADN et de l’ARN en tant qu’essence génétique de la vie a empêché une compréhension plus complète de la biologie des phages au début du XXe siècle. En 1938, John Northrop a déduit de ses propres travaux que les bactériophages étaient produits par des hôtes vivants par la génération d’une protéine inerte, qui est convertie en phage actif par une réaction autocatalytique.
Plusieurs contributions d’autres chercheurs ont toutefois soutenu l’idée de d’Herelle selon laquelle les phages étaient des particules vivantes ou des virus lorsqu’ils se répliquaient dans leurs cellules hôtes. En 1928, Wollman a assimilé les propriétés des phages à celles des gènes, ce qui a été confirmé en 1925 par Bordet et Bail, soutenant l’idée que la capacité de reproduction des phages dans les bactéries nécessite l’insertion de matériel codé par le phage dans les unités héréditaires du microbe hôte. Frank Macfarlane, un scientifique australien qui a reçu le prix Nobel en 1960 pour ses travaux sur l’immunité, a également travaillé sur la lysogénie et a confirmé la nature virale des phages ainsi que la nature de leurs interactions avec les hôtes bactériens. Il a également démontré qu’il existe différents types de phages.
Enfin, l’invention du microscope électronique (ME) a permis au médecin allemand Helmut Ruska de décrire d’abord des particules rondes ainsi que des particules « en forme de spermatozoïde » provenant d’une suspension de phages adhérant à une membrane bactérienne. Deux ans plus tard, il a résumé dans sa thèse ses principales recherches sur la nature et la biologie des bactériophages. Un an après la première description des phages par ME, Luria et Anderson à Camden, New Jersey, ont présenté différents types de phages et décrit leur structure commune : une tête ronde inhomogène avec une queue beaucoup plus mince, ce qui donne l’apparence particulière de spermatozoïde. Ils ont également décrit les différents stades de la lyse bactérienne : adsorption croissante avec le temps, dommages bactériens étendus et apparition d’un grand nombre de bactériophages nouvellement formés.
Alors que la recherche sur les phages n’a jamais été abandonnée dans l’ex-URSS avec le développement de l’Institut Eliava à Tbilissi, en Géorgie, et dans certains autres pays comme la Pologne (et le célèbre Institut Hirszfeld à Wroclaw), la littérature anglaise a redécouvert la phagothérapie chez les animaux dans les années 1980 et les essais sur l’homme ont commencé dans les années 2000, avec la première étude de phase I randomisée publiée aux États-Unis en 2009.
En août 2004, le « Sommet des phages » s’est tenu à Key Biscayne, en Floride. Plus de 350 participants à la conférence ont assisté à cette première grande réunion internationale depuis des décennies consacrée à la biologie des phages. Dans l’ensemble, la littérature sur les phages est devenue l’un des sujets les plus vastes, faisant des bactériophages l’un des microbes les mieux étudiés connus de la science. En 1958 et 1967, Raettig a publié deux bibliographies contenant environ 11 358 références. En 2012, Ackerman a analysé 30 000 publications sur les phages publiées entre 1965 et 2010. Les noms des premiers auteurs représentent 40 domaines linguistiques ou zones géographiques et au moins 70 langues, ce qui conduit à la conclusion que les particules de phages sont étudiées dans le monde entier (même si l’anglais et l’allemand prédominent).
Types de phages et biologie des phages
Plus de 6 000 bactériophages différents ont été découverts et décrits morphologiquement, dont 6 196 virus bactériens et 88 virus archéens. La grande majorité de ces virus sont atténués, tandis qu’une petite partie est polyédrique, filamenteuse ou pléomorphe. Ils peuvent être classés selon leur morphologie, leur contenu génétique (ADN vs ARN), leur hôte spécifique (par exemple, la famille des phages staphylococciques, la famille des phages Pseudomonas, etc.), le lieu où ils vivent (virus marins par rapport à d’autres habitats) et leur cycle de vie (voir ci-dessous). Au fil du temps, de nouveaux formats de classification ont été proposés, et des abréviations pour ces virus ont été suggérées par Fauquet et Pringle en 2000.
En tant que parasite intracellulaire obligatoire d’une cellule bactérienne, les phages présentent différents cycles de vie au sein de l’hôte bactérien : infection lytique, lysogénique, pseudolysogénique et chronique.
En phagothérapie, l’intérêt principal s’est porté sur les phages lytiques, qui sont principalement représentés dans trois familles de l’ordre des Caudovirales : les Myoviridae, les Siphoviridae et les Podoviridae. Il existe également quelques rapports sur des applications de phages cubiques et de phages filamenteux. La description générale de ces phages peut être résumée comme suit : le matériel génétique est contenu dans une enveloppe protéique ou capside, qui a la forme d’un icosaèdre ; cette tête est reliée par un collier à la queue, qui peut être contractile ou non, et dont l’extrémité distale est en contact avec des fibres caudales dont les pointes reconnaissent des sites de fixation sur les récepteurs de la surface cellulaire bactérienne.
Quel que soit le type de cycle de vie d’un phage, la première étape consiste en la fixation aux récepteurs de la paroi cellulaire bactérienne avant que les phages ne puissent pénétrer dans les bactéries. Ce processus particulier influence le spectre des interactions possibles entre les phages et les bactéries. Par exemple, le bactériophage λ n’interagit qu’avec le récepteur LamB d’E. coli. La dynamique spatio-temporelle a montré que cet événement est d’une grande importance pour une invasion bactérienne réussie. Certains phages sont également capables de synthétiser des enzymes spécifiques (telles que des hydrolases ou des polysaccharidases et des polysaccharide lyases) qui peuvent dégrader les capsules de structure exopolysaccharidique avant de pouvoir interagir avec leur récepteur spécifique.
C’est le cas de certains phages qui interagissent avec des souches d’E. coli, V. cholerae, P. aeruginosa, E. agglomerans et P. putida. Ces enzymes présentent un intérêt potentiel pour leurs implications thérapeutiques et sont actuellement en cours de développement préclinique.
Lors de la fixation à son récepteur spécifique, le phage induit un pore dans la paroi cellulaire bactérienne et injecte son ADN dans la cellule, tandis que la capside virale reste à l’extérieur de la bactérie. S’ensuit l’expression de gènes précoces du phage qui, dans le cas des phages lytiques, détournent la machinerie de synthèse bactérienne vers la reproduction d’acides nucléiques et de protéines virales. L’assemblage et l’encapsidage des phages sont ensuite observés avant que la lyse des cellules bactériennes et la libération de la progéniture des phages ne se produisent. Les enzymes tardives des phages telles que les lysines, les holines et les inhibiteurs de la synthèse de la muréine sont ensuite utilisées pour l’éclatement des virions dans l’environnement extracellulaire. Le nombre de particules virales libérées ou la taille de l’éclatement varie considérablement en fonction du phage, de l’état de l’hôte bactérien et d’autres facteurs environnementaux, tels que les composants nutritifs entourant l’hôte.
Dans le cycle lysogénique, les phages dits tempérés insèrent leur contenu génétique (le prophage) dans les chromosomes des bactéries, où ils restent silencieux pendant une période prolongée et sont répliqués en tant que partie du chromosome bactérien. Par conséquent, il n’y a pas d’autoréplication. Cet ADN de prophage est transmis verticalement à sa progéniture avec l’ensemble du génome bactérien jusqu’à ce que le cycle de lyse soit induit.
Pendant l’induction, le phage lysogénique peut occasionnellement transférer du matériel génétique de l’hôte adjacent à son site d’insertion sur le chromosome d’une bactérie à une autre, un phénomène appelé transduction. En fait, le fait que les phages soient d’une grande importance pour l’évolution du génome bactérien est connu depuis des années, et Brussow a même décrit les bactériophages comme un moyen de transfert latéral de gènes.
Ce processus peut favoriser le transfert de gènes qui présentent un avantage sélectif pour l’hôte bactérien, y compris des gènes de résistance aux antibiotiques ; cependant, ce même processus pourrait être exploité thérapeutiquement en utilisant des phages pour transférer des gènes qui rendent les bactéries plus sensibles à certains antibiotiques. En effet, Lu et Collins ont démontré in vitro une sensibilité accrue d’E. coli aux antibiotiques en ciblant les mécanismes de réparation de l’ADN par l’injection d’un gène spécifique entraînant la surexpression d’une protéine qui inhibe ce système. L’insertion du gène a été réalisée par un bactériophage M13 spécifique et modifié. Fait intéressant, ils ont également utilisé la même technique chez des souris infectées par voie intrapéritonéale par E. coli. La survie était accrue chez les souris traitées simultanément avec des antibiotiques et des phages modifiés. Cette approche a été jugée par d’autres auteurs comme similaire à l’approche générale de la phagothérapie, qui conduit à la destruction directe des bactéries.
Une autre approche consiste à inverser la résistance aux agents pathogènes en injectant des gènes spécifiques pour une cassette de sensibilisation qui confère la susceptibilité de manière dominante. Cela a été récemment démontré par Edgar et ses collègues, qui ont pu rendre des bactéries résistantes sensibles à la streptomycine et à l’acide nalidixique.
Enfin, l’infection chronique se produit lorsque la bactérie est infectée par des phages lysogéniques qui mutent ensuite et perdent la capacité de déclencher un cycle de réplication lytique. L’ADN du phage devient une nouvelle partie du chromosome bactérien et se transforme en une séquence de prophage à long terme.
Pourquoi avons-nous besoin de la phagothérapie ?
Au cours des deux ou trois dernières décennies, l’apparition et la propagation généralisées de bactéries résistantes aux antibiotiques dans le monde entier sont devenues un défi thérapeutique majeur.
Par exemple, des infections à SARM ont été signalées aux États-Unis avec une incidence d’environ 100 000 infections graves en 2005, entraînant 20 000 décès.
Les options thérapeutiques limitées pour traiter les principales bactéries multirésistantes (MDR), connues sous l’acronyme d’agents pathogènes ESKAPE (pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacter spp.), sont désormais devenues une crise sanitaire imminente dans de nombreuses unités de soins intensifs à travers le monde.
Le traitement des patients atteints d’agents pathogènes MDR a été décrit par Morales et al. comme augmentant le coût total des soins et prolongeant la durée de l’hospitalisation.
Dans toutes les professions de santé, il existe un impératif éthique de faire tout ce qui est en notre pouvoir pour préserver l’efficacité des antibiotiques et de reconnaître que cette ressource précieuse est gaspillée par l’utilisation souvent inutile et inappropriée d’antibiotiques, favorisant ainsi l’acquisition et la propagation de gènes de résistance aux antibiotiques. La résistance aux antibiotiques est désormais considérée comme une urgence de santé publique et beaucoup demandent le développement de nouveaux moyens pour la combattre. Cependant, les antibiotiques ne sont pas développés sur la base de l’intérêt direct pour le public, mais sur la base de critères de marché libre. Malgré l’appel au développement de nouveaux antibiotiques dans l’Union européenne (UE) et aux États-Unis (USA),
la déclaration de l’Association médicale mondiale sur la résistance aux agents antimicrobiens www.wma.net/e/policy/a19htm souligne le manque de nouveaux antibiotiques dans le pipeline de développement.
Une approche totalement nouvelle, non antibiotique, pour le traitement des agents pathogènes bactériens est certainement nécessaire. La réapplication de la phagothérapie pourrait être une alternative bienvenue à la chimiothérapie antimicrobienne dans cette phase de propagation progressive des agents pathogènes bactériens MDR avec un manque de nouveaux antibiotiques pour combattre ces agents pathogènes.
En outre, le besoin d’applications de phages dépasse certainement l’utilisation dans les infections humaines. En effet, l’utilisation des bactériophages a été décrite dans diverses situations, y compris (mais sans s’y limiter) : la sécurité alimentaire,
les applications vétérinaires et les applications de diagnostic clinique telles que la détection et le typage des bactéries lors d’infections chez l’homme.
Avantages potentiels de la phagothérapie
Les bactériophages sont des antibiotiques naturels capables de réguler les populations bactériennes par l’induction d’une lyse bactérienne. Ils sont actifs contre les bactéries à Gram positif ainsi que contre les bactéries à Gram négatif,
Comme le mécanisme d’action de la lyse par les phages est totalement différent de celui des antibiotiques, l’activité est maintenue vis-à-vis des bactéries présentant plusieurs mécanismes de résistance aux antibiotiques.
En raison de leur spécificité, la phagothérapie a un spectre antibactérien étroit avec une action limitée à une seule espèce ou, dans certains cas, à une seule souche au sein d’une espèce. Cela limite la « pression » et les graves dommages collatéraux causés par les antibiotiques aux bactéries environnantes non ciblées. L’ensemble du microbiome du patient est altéré par les antibiotiques, pas seulement l’agent pathogène cible visé. Chibani-Chennoufi et al. ont montré, après administration orale d’une phagothérapie dirigée contre E. coli, seulement des effets mineurs sur le microbiote intestinal chez la souris. La préservation d’une grande partie du microbiome existant pendant la phagothérapie a été confirmée dans des enquêtes microbiennes minutieuses chez des volontaires sains adultes ayant ingéré un cocktail de 9 phages.
La phagothérapie évite également la prolifération potentielle d’agents pathogènes secondaires.
Comme il n’existe actuellement aucune étude contrôlée randomisée de grande envergure, il est difficile d’évaluer les effets secondaires et leurs impacts potentiels. D’après les rapports provenant de Pologne et de l’ex-Union soviétique, la phagothérapie semble être sans effets indésirables significatifs. Le fait que les bactériophages n’interagissent qu’avec les cellules bactériennes et ne perturbent pas les cellules de mammifères pourrait potentiellement expliquer l’absence d’effets secondaires nocifs. La sous-déclaration pourrait être une autre explication. Cependant, l’excellente tolérance du traitement par phages a été démontrée dans des études précliniques sur différents modèles animaux et dans plusieurs études d’observation chez des patients et des volontaires sains. En cas d’administration systémique, il se produit une large distribution des phages, y compris la capacité de franchir la barrière hémato-encéphalique, ce qui permet d’utiliser ces agents dans les infections du système nerveux central.
Fait intéressant, au moins certains phages montrent également la capacité de détruire les biofilms bactériens.
La phagothérapie peut avoir une influence sur la réponse inflammatoire à une infection. Chez 51 patients souffrant de diverses infections suppuratives de longue durée, la libération de TNFα in vivo et in vitro après stimulation par le LPS a été atténuée sur la base du profil initial du taux sérique de TNFα. La libération d’IL-6 n’a été significativement réduite qu’in vivo. La protéine C-réactive et le nombre de leucocytes n’ont pas été affectés initialement dans cette population de patients, alors qu’ils ont diminué de manière significative entre le jour 9 et le jour 32 chez 37 patients recevant une phagothérapie orale pour une ostéomyélite, une infection de prothèse articulaire, des infections de la peau et des tissus mous et, dans un cas, une infection pulmonaire.
Il s’agissait d’une étude d’observation sans groupe témoin et elle doit donc être interprétée avec prudence. Dans une observation plus récente, la CRP n’a été affectée que chez les patients dont le taux sérique initial de CRP était supérieur à 10 mg/dl.
Les globules blancs peuvent également être influencés par la phagothérapie : chez les patients après 3 semaines et 3 mois de thérapie, une augmentation des précurseurs des neutrophiles et un indice de phagocytose réduit pour Staphylococcus aureus ont été observés par rapport aux donneurs sains. Récemment, une revue approfondie sur la modification des réponses immunitaires lors de la phagothérapie a été publiée.
Enfin, les aspects économiques de la phagothérapie sont prometteurs. Malgré le fait que la durée du traitement ait été significativement prolongée, le coût de la phagothérapie était inférieur à celui d’un traitement antibiotique conventionnel, comme cela a été démontré chez 6 patients souffrant de diverses infections staphylococciques, y compris le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline.
Surtout, le fait que les bactériophages puissent présenter une efficacité améliorée par rapport aux antibiotiques est le plus grand espoir pour l’avenir. Smith et ses collègues ont démontré cette découverte pour la première fois au début des années 1980, lorsqu’ils ont déclenché une infection létale à E. coli chez des souris avec une souche hautement virulente exprimant une capsule polysaccharidique K1.
Une seule dose intramusculaire de phages anti-K1 était tout aussi efficace que plusieurs injections de streptomycine et était supérieure à plusieurs doses intramusculaires de tétracycline, d’ampicilline, de chloramphénicol ou de triméthoprime pour guérir les animaux. À notre connaissance, cette observation n’a jamais été confirmée dans les infections chez l’homme.
Limites et inconvénients potentiels de la phagothérapie
Malgré tous les avantages résumés ci-dessus, nous sommes loin de qualifier les phages de « remède miracle » pour le traitement de tout type d’infection. En fait, la dose optimale, la voie d’administration, la fréquence et la durée du traitement doivent encore être déterminées avant d’envisager des études cliniques à grande échelle.
Le principal inconvénient de la phagothérapie est la nécessité de déterminer rapidement et avec précision le micro-organisme étiologique exact causant l’infection. La spécificité exquise de la phagothérapie contre certains agents pathogènes est un grand avantage, mais aussi un fardeau. Un échantillon clinique doit être isolé et cultivé en utilisant des procédures de diagnostic standard de microbiologie pour identifier l’agent pathogène avant qu’une solution spécifique de bactériophages puisse être définie et administrée ultérieurement au patient. Les innovations dans le diagnostic bactérien rapide avec des méthodes génomiques ou l’utilisation de la spectroscopie de masse pourraient y remédier. Cependant, dans la plupart des laboratoires de microbiologie clinique et dans les établissements de santé aux ressources limitées, il s’agit d’un processus qui prend du temps.
Ce problème pourrait potentiellement être résolu par l’utilisation de cocktails de phages prêts à l’emploi. La sélection de phages puissants à partir d’une collection disponible après le typage phagique des bactéries isolées définit ce que l’on appelle le traitement par cocktail de phages composé. Enfin, si aucune préparation de phages active et existante n’est disponible contre un agent pathogène grave, elle peut être isolée directement de l’environnement avant d’être préparée pour l’application.
Par exemple, lors de la récente épidémie d’E. coli O104:H4 en Allemagne, des phages lytiques actifs ont été trouvés dans la collection de l’Institut Eliava (Géorgie) ainsi que dans les eaux usées de l’hôpital militaire de Bruxelles en Belgique.
Le choix du bactériophage pour la thérapie est limité aux phages lytiques.
En effet, les phages lysogéniques induisent une lyse retardée, ce qui empêche l’application de ces phages lors d’une infection aiguë. Bien qu’il existe des méthodes standardisées pour générer des cocktails de phages, il n’existe pas de directives officielles claires.
La stabilité des virus au regard de leur sensibilité à divers facteurs externes et physiques a été récemment revue et pourrait être responsable de certaines difficultés dans la fabrication de solutions stables.
Une autre préoccupation de la phagothérapie est la capacité potentielle des bactériophages à transférer l’ADN d’une bactérie à une autre. Ce transfert de matériel génétique ou transduction pourrait être responsable du transfert de déterminants de pathogénicité et de facteurs de virulence, ce qui pourrait conduire au développement d’un nouveau microbe ou de bactéries encore plus résistantes.
Par conséquent, l’utilisation de phages incapables d’encapsider de l’ADN d’hôte supplémentaire, ou de phages qui utilisent l’ADN de l’hôte pour synthétiser leur propre ADN, serait préférable. Cette technique a déjà été utilisée avec succès en phagothérapie.
Le génome de nombreux phages a été décrypté et chaque mois, des rapports font état de séquences génétiques nouvellement identifiées. Cependant, nous sommes loin de connaître le gène de chaque type de phage et la fonction de beaucoup de ces gènes est encore inconnue. Par exemple, les gènes ORFan trouvés dans certains phages ne présentent aucune similitude avec aucun autre gène dans la base de données génétiques. Le rôle de ces gènes dans la promotion d’effets secondaires nocifs reste à élucider.
À la fin de son action antibactérienne, les phages lytiques induisent la lyse des bactéries et libèrent diverses substances bactériennes telles que l’endotoxine (LPS) des bactéries à Gram négatif. Cela peut être responsable de divers effets secondaires sur l’hôte, tels que le développement d’une cascade inflammatoire conduisant à la défaillance de plusieurs organes. Ce problème potentiel concerne toutefois les antibiotiques rapidement bactéricides actuellement disponibles.
S’agissant de virus, les bactériophages peuvent être considérés par le système immunitaire du patient comme un envahisseur potentiel et donc être éliminés rapidement de la circulation systémique par l’élimination du système réticulo-endothélial avant de s’accumuler dans la rate ou le foie, ou ils peuvent être inactivés par les mécanismes de défense immunitaire adaptative. Cela peut entraîner une efficacité réduite en cas d’utilisation prolongée ou répétée.
Enfin, le développement de mécanismes de résistance par l’hôte bactérien, provoqués soit par mutation et sélection, soit par l’acquisition de phages tempérés, pourrait conduire à une efficacité réduite des phages. Il existe au moins 4 mécanismes qui peuvent être impliqués dans la résistance bactérienne à un phage donné. La perte ou le manque de récepteur, la modification structurelle et/ou le masquage du récepteur empêchent l’adsorption du phage sur la bactérie et empêchent la capacité ultérieure de générer de nouveaux phages. Une perte de récepteur peut survenir lorsque la composition de la surface cellulaire est modifiée, comme cela a été démontré pour Bordetella spp.
Une modification structurelle a été constatée pour la protéine TraT d’E. coli, qui modifie la conformation de l’OmpA (Outer-Membrane Protein A), le récepteur des phages de type T-Even. La sécrétion de diverses molécules (telles que l’exopolysaccharide de Pseudomonas spp. ou les glycoconjugués d’Enterobacteriaceae) peut masquer le récepteur, mais les phages peuvent contrer cela par la sélection d’un nouveau récepteur ou par la sécrétion de l’enzyme dégradant l’exopolysaccharide.
Les autres mécanismes de résistance comprennent la prévention de l’intégration de l’ADN du phage par le système d’exclusion de surinfection (Sie), la dégradation de l’ADN du phage par le système de défense de restriction-modification ou par les répétitions palindromiques courtes régulièrement espacées (CRISPR), et le blocage de la réplication et de la transcription du phage, de la traduction ou de l’assemblage des virions par le système d’infection abortive.
Heureusement, la fréquence des résistances in vivo pendant la phagothérapie a été jusqu’à présent signalée comme faible, contrairement aux analyses de résistance observées in vitro. En outre, l’isolement de nouveaux phages actifs à partir de l’environnement ou l’isolement progressif de phages « adaptés » pourrait offrir une nouvelle option de traitement.
Dans la plupart des pays, la phagothérapie n’est pas couverte par l’assurance maladie légale, ce qui représente un problème financier potentiel pour certains patients. Il existe quelques exceptions. Les autorités suisses ont décidé de rembourser les coûts de la médecine complémentaire pour une période de 6 ans pendant que l’efficacité est évaluée, et le président de la ville de Wroclaw (où se trouve l’Institut Hirszfeld), en Pologne, a mis en place un programme pour couvrir les coûts de la phagothérapie pour les habitants de la ville ; 2 exemples à suivre selon Miedzybrodzki.
Comme les virus bactériens ne sont pas actuellement reconnus comme des médicaments, les réglementations, définitions et normes pharmacologiques actuelles en Europe ne sont pas adaptées de manière appropriée aux préparations de phages. C’est pourquoi un groupe de recherche belge et certains membres de l’Institut Pasteur à Paris ont développé le PHAGE (pour Phages for Human Application Group Europe), une organisation internationale à but non lucratif, dans le but de développer un cadre spécifique pour l’utilisation des bactériophages.
L’approbation réglementaire reste un autre obstacle. En plus des préoccupations de sécurité, ni l’agence américaine des médicaments FDA ni l’agence européenne des médicaments ne disposent d’une procédure d’autorisation capable de prendre en compte facilement les combinaisons de phages en constante évolution que les entreprises doivent développer pour garder une longueur d’avance sur l’évolution des bactéries MDR.
Données expérimentales avec la phagothérapie
De nombreuses données expérimentales ont été réalisées depuis les deux études pionnières de Smith et Huggins, dans lesquelles le rôle potentiel des bactériophages dans la lutte contre les infections systémiques et l’entérite chez les souris, les veaux, les porcelets et les agneaux a été démontré au début des années 80.
Les souris ont été largement étudiées comme animaux d’expérimentation, mais il existe également des rapports sur des phagothérapies dans des modèles de laboratoire d’infections chez les rats, les poulets, les lapins, les veaux et les agneaux. Différents modèles d’infections ont été évalués, tels que l’injection intrapéritonéale de bactéries vivantes entraînant une infection systémique avec bactériémie, l’injection intramusculaire de bactéries, une infection du système nerveux central, une infection pulmonaire, des abcès hépatiques, une entérite, une infection des voies urinaires, une infection osseuse, des infections cutanées et des plaies. Les bactéries utilisées dans ces modèles comprenaient E. coli, des bactéries MDR (Pseudomonas aeruginosa, E. coli producteur de BLSE et K. pneumoniae, Enterococcus faecium résistant à la vancomycine), Staphylococcus aureus et Cronobacter turicensis. Certaines souches ont été isolées directement de patients. La méthode d’administration testée de la phagothérapie comprend l’injection intrapéritonéale, l’administration orale ou intragastrique, les injections topiques, sous-cutanées et intramusculaires, et l’administration intranasale. Alors que dans certaines études, l’administration de phages a été considérée comme une mesure prophylactique, le traitement a généralement été administré en dose unique après le défi bactérien et, dans certaines études, a été retardé jusqu’à ce que les animaux présentent des symptômes d’infection tels que la diarrhée ou des signes évidents d’infection grave.
Dans l’ensemble, ces études ont montré des effets positifs sur la mortalité sous phagothérapie et, dans 3 études où la mortalité a été évaluée, les résultats étaient significativement meilleurs qu’avec les antibiotiques utilisés comme produits de comparaison.
Dans une étude du modèle d’os infecté chez le rat, le traitement combiné antibiotique-bactériophage a réduit de manière significative la culture quantitative du site infecté à la fin de l’étude par rapport aux deux modalités de traitement administrées seules.
Applications humaines déjà décrites
Dans le premier rapport sur l’application des bactériophages chez l’homme, l’efficacité a été démontrée pour les furoncles cutanés staphylococciques et d’Herelle a résumé en 1931 tous ses travaux cliniques. Dans les années 1930, il y a eu un grand nombre de publications et une monographie complète de la revue La Médecine a traité des applications des phages dans les maladies humaines. Le traitement de la typhoïde, de la colite liée à Shigella et Salmonella spp., de la péritonite, des infections cutanées, des infections chirurgicales (principalement des abcès de diverses localisations), de la septicémie, des infections des voies urinaires et des infections otolaryngologiques (otite externe et furoncles nasaux) a été décrit.
Comme décrit précédemment, l’enthousiasme pour la phagothérapie dans les pays occidentaux a cependant diminué dans les années 1930, en raison des rapports d’Eaton et de ses collègues, ainsi que de la découverte et de la facilité d’utilisation des antibiotiques. L’utilisation des bactériophages s’est poursuivie dans les pays de l’Est, et de nombreux rapports ont été publiés au fil du temps, principalement en Pologne et en Géorgie (ancienne URSS). L’utilisation de littérature non anglophone (principalement russe et polonaise) explique probablement le fait que ces rapports étaient limités aux pays d’origine des auteurs. Un résumé de cette littérature a été récemment publié par divers auteurs. Nous devons cependant noter que la plupart des données publiées proviennent d’études non randomisées et non contrôlées.
En fait, la première étude contrôlée de phase I randomisée menée aux États-Unis a été publiée en 2009. Elle a évalué la sécurité d’un cocktail de phages ciblant E. coli, S. aureus et Pseudomonas aeruginosa chez 42 patients atteints d’ulcères veineux chroniques de la jambe. L’étude n’a pas pu démontrer de résultats positifs tels que le taux ou la fréquence de guérison, mais les auteurs n’ont constaté aucun effet secondaire lié au traitement. Une autre étude randomisée a été menée au Royaume-Uni et a examiné l’efficacité de l’application d’une solution contenant 6 bactériophages dans les oreilles de patients atteints d’otite chronique due à Pseudomonas aeruginosa. Le nombre de colonies de P. aeruginosa dans le groupe traité a significativement diminué dans cette étude bien menée, en double aveugle et contrôlée par placebo, tandis que divers indicateurs cliniques subjectifs se sont améliorés chez ces patients. En effet, les patients ont signalé une intensité moindre des symptômes tels que le malaise, les démangeaisons, l’humidité et les odeurs désagréables. De même, les médecins responsables des patients (et aveuglés quant au traitement assigné) ont signalé une diminution des observations cliniques telles que les érythèmes/inflammations, les ulcérations/granulations/polypes et les odeurs. Aucun effet secondaire n’a été signalé.
Récemment, une petite étude de phase I a été menée auprès de 9 patients traités au Centre des brûlés de l’Hôpital militaire Reine Astrid à Bruxelles, en Belgique. Les patients ont été traités localement avec le cocktail de phages BFC-1, qui contenait 3 phages lytiques : un myovirus, un podovirus contre Pseudomonas aeruginosa et un myovirus ciblant Staphylococcus aureus. Une grande section brûlée a été soumise à une seule application par pulvérisation, tandis qu’une partie éloignée de la plaie a servi de contrôle. Bien que les résultats complets n’aient pas encore été publiés, aucun problème de sécurité n’a été signalé.
Enfin, une étude contrôlée randomisée a confirmé la sécurité d’une solution de phages administrée par voie orale chez des patients sains et non infectés.
Conclusions
Les bactériophages sont un outil alternatif potentiel pour le traitement des infections bactériennes, y compris celles causées par des agents pathogènes multirésistants (MDR). En effet, la phagothérapie présente plusieurs avantages et peu d’événements indésirables sont signalés, mais une sous-déclaration ne peut être exclue. Cependant, d’autres études bien menées sont nécessaires pour définir le rôle et la sécurité de la phagothérapie dans la pratique clinique quotidienne pour le traitement des patients atteints de diverses infections.
De plus, l’utilisation directe de protéines codées par les phages, telles que les endolysines, les exopolysaccharidases et les holines, s’est avérée être une alternative prometteuse aux produits antibactériens. Cependant, ce sujet dépasserait le cadre de cette revue. »
Traduction automatique de la source : https://doi.org/10.4161/viru.25991
Xavier Wittebole, Sophie De Roock & Steven M Opal
