Un aperçu historique de la phagothérapie comme alternative aux antibiotiques pour le traitement des agents pathogènes bactériens

Avec le lancement du nouveau Bacteriophage Journal début 2011, Alexander Sulakvelidze a défini les bactériophages comme « les organismes les plus omniprésents sur Terre, jouant un rôle vital dans le maintien de l’équilibre microbien sur cette planète. En effet, les bactériophages, ou phages, se trouvent partout où leur hôte bactérien est présent. Il a été déterminé que la population de phages dans les systèmes aquatiques varie de 10^4 à 10^8 virions par ml et environ 10^9 virions par g dans le sol. » . FEMS Microbiol avec un total estimé de 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 signification thérapeutique : la phagothérapie), sont de petits virus capables 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 comme thérapie pour traiter les infections aiguës et chroniques depuis leur introduction, avec des succès initiaux décrits pour la première fois 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.

L’enthousiasme initial pour la phagothérapie afin de traiter les maladies bactériennes à l’ère pré-antibiotique était, de manière compréhensible, énorme. En effet, la seule thérapie disponible dans les années 1920 et 1930 était la sérothérapie pour certains agents pathogènes tels que les pneumocoques et la diphtérie. L’utilisation des bactériophages a même été décrite avec grand intérêt lorsque le protagoniste du roman de Sinclair Lewis, lauréat du prix Pulitzer, Arrowsmith, a utilisé ce traitement pour combattre l’épidémie de peste bubonique sur une île des Caraïbes.

Cependant, ce concept d’utilisation thérapeutique des phages pour traiter les infections bactériennes a été très controversé dès le début et n’a pas été largement accepté par le public et la communauté médicale. Les premières études ont souvent été critiquées pour leur manque de contrôles appropriés et leurs résultats incohérents. Le manque de reproductibilité et les nombreux résultats contradictoires obtenus dans diverses études publiées ont conduit à la conclusion que les preuves de la valeur thérapeutique des filtrats lytiques étaient largement contradictoires et peu concluantes, et des recherches supplémentaires ont été recommandées pour confirmer ses prétendus bénéfices. L’émergence de l’ère de la chimiothérapie antibiotique avec l’introduction des sulfamides dans les années 1930 et plus tard de la pénicilline dans les années 1940 a encore freiné l’enthousiasme pour la recherche et la thérapie phagiques. Il est à noter qu’au cours de la dernière décennie, en raison de l’émergence de bactéries multirésistantes, les chercheurs ont revisité cette approche centenaire, considérant la phagothérapie comme une « nouvelle » option de traitement potentiellement viable pour les agents pathogènes bactériens difficiles à traiter.

Cet essai abordera les origines de la phagothérapie, la biologie et le cycle de vie des phages, ainsi qu’un résumé des données expérimentales et cliniques étayant la phagothérapie dans le traitement des infections bactériennes multirésistantes (MDR) et de la septicémie. Il reste à voir si la phagothérapie atteindra un jour son plein potentiel thérapeutique en soins intensifs modernes, mais son applicabilité pratique comme alternative aux antibiotiques pour traiter la septicémie humaine causée par des agents pathogènes porteurs de multiples gènes de résistance aux antibiotiques est désormais sérieusement envisagée.

Contexte historique

En 1896, Ernest Hanbury Hankin, un bactériologiste britannique servant d’examinateur chimique et de bactériologiste pour le gouvernement des Provinces Unies et des Provinces Centrales de l’Inde, a démontré que les eaux des fleuves indiens Gange et Yamuna contenaient un principe biologique qui détruisait les cultures de bactéries responsables du choléra. Cette substance pouvait traverser les filtres Millipore, connus pour retenir les micro-organismes plus grands comme les bactéries. Il a publié ses travaux en français dans les Annales de l’Institut Pasteur. En étudiant la croissance du virus de la vaccine sur des milieux agar sans cellules en 1915, le microbiologiste britannique Frederick Twort a observé que des cultures bactériennes « pures » pouvaient être associées à un matériau filtrable perméable, qui pouvait potentiellement provoquer la désintégration 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 sous-cultivées était capable d’infecter de nouvelles croissances de microcoques, et cette condition pouvait être transférée à de nouvelles cultures du micro-organisme pendant un nombre de générations court, presque indéfini. Ce matériau transparent, qui s’est avéré incapable de croître sans bactéries, a été décrit par Twort comme un ferment excrété par le micro-organisme dans un but alors peu clair.

Deux ans après ce rapport, Félix d’Herelle a décrit indépendamment une découverte expérimentale similaire en étudiant des patients souffrant ou se remettant de la dysenterie bacillaire. Il a isolé un soi-disant « microbe anti-Shiga » des selles de patients atteints de shigellose en filtrant des selles incubées pendant 18 heures. Ce filtrat actif, lorsqu’il était ajouté à une culture ou à une émulsion de bacilles de Shiga, pouvait provoquer l’arrêt de la croissance 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 d’immunité et un bactériophage obligatoire. Il a également démontré l’activité de ce microbe anti-Shiga en inoculant des animaux de laboratoire pour le traitement de la shigellose et a semblé confirmer la signification clinique de sa découverte en satisfaisant au moins certains des postulats de Koch.

Outre la discussion actuelle sur l’origine de d’Herelle (certains affirment qu’il est né à Paris, tandis que d’autres revendiquent 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 revendications concurrentes concernant la nature exacte et la signification de la découverte fondamentale. Alors que Twort, par manque de fonds et en raison de son affiliation au Royal Army Medical Corps, n’a pas poursuivi ses recherches dans le même domaine, d’Herelle a introduit l’utilisation des bactériophages en médecine clinique et a publié de nombreuses études non randomisées du monde entier. Il a également mené des traitements avec des phages intraveineux pour les infections invasives, et il a résumé toutes ces découvertes et observations en 1931. Cependant, le premier article publié sur l’utilisation clinique des phages l’a été en Belgique par Bruynoghe et Maisin, qui ont utilisé des bactériophages pour traiter les furoncles et les anthrax cutanés en injectant des phages spécifiques à Staphylococcus près de la base des furoncles cutanés. Ils ont décrit des preuves claires d’amélioration clinique dans les 48 heures avec une réduction de la douleur, de l’enflure et de la fièvre chez les patients traités.

À cette époque, la nature exacte du phage n’était pas encore connue, et elle 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 20e siècle. En 1938, John Northrop a conclu 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.

Cependant, plusieurs contributions d’autres chercheurs ont soutenu l’idée de d’Herelle selon laquelle les phages étaient des particules vivantes ou des virus lorsqu’ils se répliquaient à l’intérieur de leurs cellules hôtes. En 1928, Wollman a assimilé les propriétés des phages à celles des gènes. En 1925, Bordet et Bail ont confirmé l’idée que la capacité des phages à se reproduire 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 pour la première fois des particules sphériques ainsi que des particules « en forme de spermatozoïde » à partir d’une suspension de phages adhérant à une membrane bactérienne. Deux ans plus tard, dans sa thèse, il a résumé ses recherches les plus importantes sur la nature et la biologie des bactériophages. Un an après la première description des phages au ME, Luria et Anderson à Camden, New Jersey, ont présenté divers types de phages et décrit leur structure commune : une tête sphérique inhomogène avec une queue beaucoup plus fine, ce qui donne l’apparence particulière de spermatozoïde. Ils ont également décrit les différentes étapes de la lyse bactérienne : augmentation de l’adsorption au fil du 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’ancienne URSS avec le développement de l’Institut Eliava à Tbilissi, en Géorgie, et dans d’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 randomisée de phase I publiée aux États-Unis en 2009.

En août 2004, le soi-disant Phage Summit a eu lieu à Key Biscayne, en Floride. Plus de 350 participants à la conférence ont assisté à cette première grande réunion internationale depuis des décennies dédiée 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 plus étudiés connus de la science. En 1958 et 1967, Raettig a publié deux bibliographies avec 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 phagiques sont étudiées dans le monde entier (même si les langues anglaise et allemande 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 par leur morphologie, leur contenu génétique (ADN vs ARN), leur hôte spécifique (par exemple, la famille des phages de Staphylococcus, la famille des phages de Pseudomonas, etc.), le lieu où ils vivent (virus marin 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 divers cycles de vie au sein de l’hôte bactérien : lytique, lysogénique, pseudolysogénique et infection chronique.

En phagothérapie, l’intérêt principal s’est porté sur les phages lytiques, principalement représentés dans trois familles de l’ordre des Caudovirales : les Myoviridae, les Siphoviridae et les Podoviridae. Il existe également quelques rapports d’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 extrémités reconnaissent les sites d’attachement sur les récepteurs de la surface de la cellule bactérienne.

Quel que soit le type de cycle de vie du phage, la première étape est la liaison aux récepteurs de la paroi cellulaire bactérienne avant que les phages ne puissent pénétrer les bactéries. Ce processus spécifique 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 polysaccharidases lyases) qui peuvent décomposer les capsules de structure d’exopolysaccharides avant qu’ils ne puissent interagir avec leur spécifique

récepteur. C’est le cas de certains phages qui interagissent avec des souches d’E. coli, de V. cholerae, de P. aeruginosa, d’E. agglomerans et de P. putida. Ces enzymes présentent un intérêt potentiel pour leurs implications thérapeutiques et sont actuellement en développement préclinique.

 

Lors de la liaison à son récepteur spécifique, les phages induisent un pore dans la paroi cellulaire bactérienne et injectent leur ADN dans la cellule, tandis que la capside virale reste à l’extérieur de la bactérie. Ceci est suivi par l’expression des gènes précoces du phage, qui, dans le cas des phages lytiques, redirigent la machinerie synthétique bactérienne vers la reproduction des acides nucléiques et des protéines virales. L’assemblage et l’encapsidation des phages sont ensuite observés avant que la lyse des cellules bactériennes et la libération de la progéniture phagique 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 du virion dans l’environnement extracellulaire. Le nombre de particules virales libérées ou la taille des éclats 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 bactériens, où ils restent dormants pendant de longues périodes et sont répliqués dans le cadre du chromosome bactérien. Par conséquent, il n’y a pas d’auto-réplication. Cet ADN prophagique est transmis verticalement avec l’ensemble du génome bactérien à sa progéniture jusqu’à ce que le cycle lytique 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 l’autre, un phénomène connu sous le nom de transduction. En fait, le rôle significatif des phages dans l’évolution du génome bactérien est connu depuis des années, et Brussow a même décrit les bactériophages comme un moyen de transfert horizontal de gènes.

Ce processus peut favoriser le transfert de gènes qui confèrent un avantage sélectif à l’hôte bactérien, y compris les gènes de résistance aux antibiotiques ; cependant, le 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 montré 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 qui a conduit à la surexpression d’une protéine inhibant 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 avec E. coli. La survie a été augmentée chez les souris traitées simultanément avec des antibiotiques et des phages modifiés. Cette approche a été jugée par d’autres auteurs 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 de manière dominante la susceptibilité. Cela a été récemment démontré par Edgar et ses collègues, qui ont réussi à 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 devient une séquence prophagique à long terme.

 

Pourquoi avons-nous besoin de la phagothérapie ?

Au cours des deux ou trois dernières décennies, l’émergence et la propagation généralisées de bactéries résistantes aux antibiotiques dans le monde entier sont devenues un défi thérapeutique majeur.

Par exemple, les infections à SARM aux États-Unis ont été signalées avec une incidence d’environ 100 000 infections graves en 2005, entraînant 20 000 décès.

Les options thérapeutiques limitées pour traiter les bactéries multirésistantes (MDR) les plus importantes, 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 du monde entier.

Le traitement des patients atteints d’agents pathogènes MDR a été montré par Morales et al. comme augmentant le coût global des soins et prolongeant les séjours hospitaliers.

Dans toutes les professions de la 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 précieuse ressource est gaspillée par l’utilisation souvent inutile et inappropriée des antibiotiques, favorisant ainsi l’acquisition et la propagation des gènes de résistance aux antibiotiques. La résistance aux antibiotiques est désormais considérée comme une urgence sanitaire, et beaucoup appellent au développement de nouveaux moyens pour la combattre. Cependant, les antibiotiques ne sont pas développés sur la base d’un bénéfice public direct, mais sur des critères de marché libre. Malgré les appels 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 antimicrobiens (www.wma.net/e/policy/a19htm) indique un manque de nouveaux antibiotiques en cours de développement.

Une approche complètement nouvelle et non antibiotique pour traiter les 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.

De plus, le besoin d’applications phagiques dépasse certainement leur 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 dans les infections humaines.

 

Avantages potentiels de la phagothérapie

Les bactériophages sont des antibiotiques naturels capables de réguler les populations bactériennes en induisant la lyse bactérienne. Ils sont actifs contre les bactéries gram-positives ainsi que gram-négatives.

Étant donné que le mécanisme d’action de la lyse phagique est complètement différent de celui des antibiotiques, l’activité contre les bactéries qui présentent de multiples mécanismes de résistance aux antibiotiques est maintenue.

En raison de leur spécificité, la phagothérapie a un spectre antibactérien étroit avec un effet limité à une seule espèce ou, dans certains cas, à une seule souche au sein d’une espèce. Cela limite la « pression » et les dommages collatéraux graves qui se produisent sur les bactéries non ciblées par les antibiotiques. L’ensemble du microbiome du patient est altéré par les antibiotiques, pas seulement l’agent pathogène cible. Chibani-Chennoufi et al. ont montré des effets mineurs sur le microbiote intestinal chez la souris après administration orale d’une phagothérapie ciblant E. coli. La préservation d’une grande partie du microbiome existant pendant la phagothérapie a été confirmée dans des études microbiennes attentives de volontaires adultes sains ayant reçu un cocktail de 9 phages.

La phagothérapie évite également la prolifération potentielle de pathogènes secondaires.

Comme il n’existe actuellement pas d’essais randomisés contrôlés à grande échelle, il est difficile d’évaluer les effets secondaires et leur impact potentiel. D’après les rapports de Pologne et de l’ancienne Union soviétique, la phagothérapie semble être sans effets indésirables significatifs. Le fait que les bactériophages n’interagissent qu’avec les cellules bactériennes et n’interfèrent pas avec 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 les phages a été démontrée dans des études précliniques sur divers modèles animaux et dans plusieurs études observationnelles chez des patients et des sujets sains. L’administration systémique conduit à une large distribution des phages, y compris la capacité de traverser la barrière hémato-encéphalique, permettant l’utilisation de 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 influencer la réponse inflammatoire à une infection. Chez 51 patients atteints de diverses infections suppuratives à long terme, la libération de TNFα in vivo et in vitro a été atténuée après stimulation par le LPS, sur la base du profil initial des taux sériques 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 initialement affectés dans cette population de patients, tandis qu’ils ont diminué significativement entre le jour 9 et le jour 32 chez 37 patients recevant une phagothérapie orale pour l’ostéomyélite, l’infection de prothèse articulaire, les infections cutanées et des tissus mous, et dans un cas, l’infection pulmonaire.

Il s’agissait d’une étude observationnelle sans groupe de contrôle et 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 affectés par la phagothérapie : chez les patients après 3 semaines et 3 mois de thérapie, une augmentation des précurseurs neutrophiles et une diminution de l’indice de phagocytose pour Staphylococcus aureus ont été observées par rapport aux donneurs sains. Récemment, une revue approfondie de l’altération des réponses immunitaires pendant 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, les coûts de la phagothérapie étaient inférieurs à ceux du traitement antibiotique conventionnel, comme cela a été démontré chez 6 patients atteints de diverses infections staphylococciques, y compris le Staphylococcus aureus résistant à la méticilline.

Surtout, le fait que les bactériophages pourraient avoir 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 induit une infection létale à E. coli chez des souris avec une souche hautement virulente exprimant une capsule de polysaccharide K1.

Une seule dose intramusculaire de phages anti-K1 était aussi efficace que plusieurs injections de streptomycine et 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 chez l’homme.

 

Limitations et inconvénients potentiels de la phagothérapie

Malgré tous les avantages résumés ci-dessus, nous sommes loin de qualifier les phages de « remède miracle » pour traiter tout type d’infection. En effet, la dose optimale, la voie d’administration, la fréquence et la durée du traitement doivent encore être déterminées avant d’envisager des essais cliniques à grande échelle.

Le principal inconvénient de la phagothérapie est la nécessité de déterminer rapidement et précisément le micro-organisme étiologique exact à l’origine de l’infection. La spécificité exquise de la phagothérapie contre des agents pathogènes spécifiques est un grand avantage, mais aussi un fardeau. Un échantillon clinique doit être isolé et cultivé en utilisant des procédures de diagnostic microbiologique standard pour identifier l’agent pathogène avant qu’une solution de bactériophage spécifique puisse être définie et administrée ultérieurement au patient. Les innovations en matière de diagnostic bactérien rapide utilisant des méthodes génomiques ou la spectrométrie de masse pourraient apporter une solution. Cependant, dans la plupart des laboratoires de microbiologie clinique et des établissements de santé aux ressources limitées, il s’agit d’un processus chronophage.

Ce problème pourrait potentiellement être résolu en utilisant des cocktails de phages prêts à l’emploi. La sélection de phages puissants à partir d’une collection disponible après typage phagique des bactéries isolées définit le traitement par cocktail de phages composé. Enfin, si aucune préparation phagique 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’utilisation de ces phages dans une infection aiguë. Bien qu’il existe des méthodes standardisées pour générer des cocktails de phages, il n’y a pas de directives officielles claires.

La stabilité des virus en ce qui concerne leur susceptibilité à divers facteurs externes et physiques a été récemment examinée et pourrait être responsable de certaines difficultés dans la production de solutions stables.

Une autre préoccupation de la phagothérapie est la capacité potentielle des bactériophages à transférer l’ADN d’une bactérie à l’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 même de bactéries plus résistantes.

Par conséquent, l’utilisation de phages incapables d’encapsider de l’ADN hôte supplémentaire, ou de phages qui utilisent l’ADN 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 déchiffré, et chaque mois, des rapports font état de nouvelles séquences géniques 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 n’ont aucune similitude avec aucun autre gène dans la base de données géniques. Le rôle de ces gènes dans la promotion d’effets secondaires nocifs doit encore être clarifié.

À la fin de leur action antibactérienne, les phages lytiques induisent la lyse des bactéries et libèrent diverses substances bactériennes telles que l’endotoxine (LPS) des bactéries gram-négatives. Cela peut être responsable de divers effets secondaires sur l’hôte, tels que le développement d’une cascade inflammatoire conduisant à une défaillance multiviscérale. Cependant, ce problème potentiel affecte également les antibiotiques rapidement bactéricides actuellement disponibles.

Étant des virus, les bactériophages peuvent être considérés par le système immunitaire du patient comme des envahisseurs potentiels et donc rapidement éliminés de la circulation systémique par le système réticulo-endothélial avant de pouvoir s’accumuler dans la rate ou le foie, ou ils peuvent être inactivés par des mécanismes de défense immunitaire adaptatifs. Cela peut entraîner une efficacité réduite en cas d’utilisation prolongée ou répétée.

Enfin, le développement de mécanismes de résistance par l’hôte bactérien, induits soit par mutation et sélection, soit par l’acquisition de phages tempérés, pourrait entraîner une efficacité réduite des phages. Il existe au moins 4 mécanismes pouvant être impliqués dans la résistance bactérienne à un phage spécifique. La perte ou le manque de récepteur, la modification structurelle et/ou le masquage du récepteur empêchent l’adsorption du phage à la bactérie et empêchent la capacité ultérieure de produire de nouveaux phages. La perte de récepteur peut se produire lorsque la composition de la surface cellulaire est modifiée, comme cela a été démontré pour Bordetella spp.

Une modification structurelle a été trouvée pour la protéine TraT d’E. coli, qui modifie la conformation d’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 contrecarrer cela en sélectionnant un nouveau récepteur ou en sécrétant l’enzyme dégradant l’exopolysaccharide.

Les autres mécanismes de résistance incluent la prévention de l’intégration de l’ADN phagique par le système d’exclusion de surinfection (Sie), la dégradation de l’ADN phagique par le système de défense Restriction-Modification ou par les répétitions palindromiques courtes régulièrement espacées groupées (CRISPR), et le blocage de la réplication et de la transcription, de la traduction ou de l’assemblage du virion par le système d’infection abortive.

Heureusement, la fréquence de la résistance in vivo pendant la phagothérapie a jusqu’à présent été rapportée comme faible, contrairement aux analyses de résistance in vitro observées. De plus, l’isolement de nouveaux phages actifs 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 obligatoire, 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 créé un programme pour couvrir les coûts de la phagothérapie pour les habitants de la ville ; 2 exemples à suivre selon Myedzybrodzki.

Étant donné que les virus bactériens ne sont actuellement pas reconnus comme des médicaments, les réglementations, définitions et normes pharmacologiques actuelles en Europe ne sont pas adéquatement adaptées aux préparations phagiques. Pour cette raison, un groupe de recherche belge et certains membres de l’Institut Pasteur de Paris ont développé 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. Outre les préoccupations de sécurité, ni la Food and Drug Administration (FDA) américaine ni l’Agence européenne des médicaments n’ont de processus d’approbation qui puisse facilement s’adapter aux combinaisons de phages en constante évolution que les entreprises doivent développer pour rester en avance sur le développement des bactéries MDR.

Données expérimentales sur la phagothérapie

De nombreuses données expérimentales ont été générées depuis les deux études fondamentales de Smith et Huggins, qui ont démontré le rôle potentiel des bactériophages dans la lutte contre les infections systémiques et les entérites chez les souris, les veaux, les porcelets et les agneaux au début des années 1980.

Les souris ont été largement étudiées comme animaux expérimentaux, mais il existe également des rapports de phagothérapies dans des modèles de laboratoire d’infections chez les rats, les poulets, les lapins, les veaux et les agneaux. Divers modèles d’infections ont été évalués, tels que l’injection intrapéritonéale de bactéries vivantes conduisant à une infection systémique avec bactériémie, l’injection intramusculaire de bactéries, l’infection du système nerveux central, l’infection pulmonaire, les abcès hépatiques, l’entérite, l’infection des voies urinaires, l’infection osseuse, les infections cutanées et des plaies. Les bactéries utilisées dans ces modèles comprenaient E. coli, des bactéries MDR (Pseudomonas aeruginosa, E. coli et K. pneumoniae producteurs d’ESBL, Enterococcus faecium résistant à la vancomycine), Staphylococcus aureus et Chronobacter turicensis. Certaines souches ont été isolées directement de patients. Les procédures d’administration testées pour la phagothérapie comprennent 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 était considérée comme une mesure prophylactique, le traitement était généralement administré en une seule dose après l’exposition bactérienne et, dans certaines études, était retardé jusqu’à ce que les animaux présentent des symptômes d’infection diarrhéique ou des signes clairs d’infection grave.

Globalement, 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 agents comparatifs.

Dans une étude sur le modèle d’os infecté chez le rat, le traitement combiné antibiotique-bactériophage a significativement réduit la culture quantitative du site infecté à la fin de l’étude par rapport à l’une ou l’autre modalité de traitement administrée seule.

Applications humaines déjà décrites

Dans le premier rapport sur l’utilisation des bactériophages chez l’homme, l’efficacité a été démontrée dans les furoncles cutanés staphylococciques, et d’Herelle a résumé tous ses travaux cliniques en 1931. Dans les années 1930, il y a eu un grand nombre de publications et une monographie complète de la revue La Médicine traitait des applications des phages dans les maladies humaines. Le traitement de la typhoïde, de la shigellose et de la colite liée à Salmonella spp., des péritonites, des infections cutanées, des infections chirurgicales (principalement des abcès de diverses localisations), des septicémies, des infections des voies urinaires et des infections oto-rhino-laryngologiques (otites externes et furoncles nasaux) a été décrit.

Comme décrit précédemment, l’enthousiasme pour la phagothérapie dans les pays occidentaux a diminué dans les années 1930 en raison des rapports d’Eaton et de ses collègues et aussi en conséquence 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 au fil du temps, de nombreux rapports ont été publiés, principalement en Pologne et en Géorgie (ancienne URSS). L’utilisation de la littérature non anglaise (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. Cependant, nous devons noter que la plupart des données publiées proviennent d’études non randomisées et non contrôlées.

En fait, la première étude randomisée contrôlée de phase I menée aux États-Unis a été publiée en 2009. Elle a évalué la sécurité d’un cocktail de phages dirigés contre E. coli, S. aureus et Pseudomonas aeruginosa chez 42 patients atteints d’ulcères veineux chroniques des jambes. L’étude n’a pas pu démontrer de résultats positifs tels que le taux de guérison ou la fréquence ; cependant, les auteurs n’ont noté aucun effet indésirable 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 liée à Pseudomonas aeruginosa. Le nombre de colonies de P. aeruginosa dans le groupe traité dans cette étude bien menée, en double aveugle et contrôlée par placebo, a diminué significativement, tandis que divers indicateurs cliniques subjectifs se sont améliorés chez ces patients. En fait, les patients ont signalé une intensité réduite des symptômes tels que l’inconfort, les démangeaisons, l’humidité et les odeurs désagréables. De même, les médecins responsables des patients (et en aveugle du traitement attribué) ont signalé une réduction des observations cliniques telles que l’érythème/l’inflammation, l’ulcération/la granulation/les polypes et les odeurs. Aucun effet indésirable n’a été signalé.

Récemment, une petite étude de phase I a été menée auprès de 9 patients traités au Centre des grands 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 dirigé contre Pseudomonas aeruginosa et un myovirus dirigé contre Staphylococcus aureus. Une grande section brûlée a été exposée à une seule application par pulvérisation, tandis qu’une partie distante de la plaie servait de contrôle. Bien que les résultats complets n’aient pas encore été publiés, aucun problème de sécurité n’a été signalé.

Enfin, une étude randomisée contrôlée a confirmé la sécurité d’une solution de phages administrée par voie orale chez des patients sains et non infectés.

Conclusions

Les bactériophages constituent un outil alternatif potentiel pour le traitement des infections bactériennes, y compris celles causées par des agents pathogènes multirésistants (MDR). En fait, la phagothérapie présente plusieurs avantages et seuls quelques effets indésirables sont signalés, bien qu’une sous-déclaration ne puisse 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 de patients souffrant de diverses infections.

En outre, l’utilisation directe de protéines codées par des phages, telles que les endolysines, les exopolysaccharidases et les holines, s’est avérée être une alternative prometteuse aux produits antibactériens. Toutefois, 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