Phagothérapie : un modèle animal pour étudier son potentiel antibactérien

Totalement inoffensifs pour l’Humain, les phages sont des virus qui peuvent avoir une efficacité redoutable contre certaines bactéries. Des chercheurs ont mis au point un modèle de poisson-zèbre pour étudier et visualiser l’efficacité d’un phage contre une mycobactérie responsable d’infections chez l’Homme. Ce modèle pourra être exploité dans le développement prochain de phagothérapies.

Certaines bactéries ne répondent pas ou peu aux antibiotiques, elles peuvent alors mettre en jeu le pronostic vital de patients. Pourtant, ces pathogènes ne sont pas totalement invulnérables : ils peuvent à leur tour être mis en danger par des virus qui leur sont spécifiques, appelés bactériophages, ou plus simplement « phages ». Comme la plupart des micro-organismes, ces phages sont présents partout dans notre environnement. Chacun d’entre eux serait spécifique d’une bactérie.

Pour faciliter l’évaluation de leur potentiel thérapeutique, une équipe de chercheurs vient de mettre au point un modèle animal : « Nous utilisons le poisson-zèbre. Nous pouvons infecter ses embryons transparents, puis directement y visualiser le devenir du foyer infectieux sous l’action d’interventions thérapeutiques et/ou de l’immunité », explique Laurent Kremer*, qui a dirigé cette étude. Le modèle a été validé lors de travaux sur l’infection par une mycobactérie particulièrement dangereuse, spécialement pour les personnes atteintes de mucoviscidose : Mycobacterium abscessus.

« Notre laboratoire est spécialisé dans l’étude de mycobactéries comme M. abscessus, très proches de celles responsables de la tuberculose ou de la lèpre, précise Laurent Kremer. Ce sont des bactéries particulières car elles sont capables de survivre et de se répliquer dans des cellules du système immunitaire de l’hôte, les phagocytes, qui participent habituellement à la lutte contre des bactéries. Nous cherchons à comprendre les interactions entre ces mycobactéries et leur hôte, pour identifier de nouvelles approches thérapeutiques. » D’où l’utilité d’un modèle animal, qui pallie les limites des études conduites in vitro sur des cellules en culture. Afin de mettre au point un tel modèle, l’équipe de Laurent Kremer a travaillé en tandem avec celle de Graham Hatfull (Pittsbrugh, États-Unis), spécialiste des mycobactériophages.

Une ancienne approche longtemps négligée

En 2019, l’équipe américaine a réussi à identifier trois phages efficaces contre une souche de M. abscessus prélevée chez une patiente atteinte de mucoviscidose et gravement malade, qui ne répondait à aucun traitement. Devant les résultats encourageants obtenus in vitro, la patiente avait été traitée à titre compassionnel avec un cocktail qui combinait ces trois phages avec des antibiotiques. Elle s’était lentement rétablie. Dans la foulée de cette première preuve d’efficacité, l’équipe montpelliéraine a travaillé avec l’équipe américaine pour mettre au point un modèle animal qui facilitera les travaux ultérieurs. « Les poissons-zèbres utilisés sont porteurs de la même anomalie génétique que les personnes atteintes de mucoviscidose. Et pour simplifier cette première modélisation, nous avons conduit le travail en utilisant un seul des trois phages identifiés par nos collègues américains », explique Laurent Kremer.

Son administration sur une période de 5 jours en association avec un antibiotique, la rifabutine, a permis d’obtenir une réduction significative de l’infection, du nombre d’abcès ainsi qu’une augmentation de la survie des embryons de poisson-zèbre infectés par M. abscessus. « Il y a un effet de potentialisation synergique : le mélange phage/antibiotique offre une efficacité nettement supérieure à celle obtenue pour chacun des deux traitements, administré seul », précise le chercheur. Sur le plan physiopathologique, ce modèle a aussi permis d’observer certaines spécificités, comme le fait que les mycobactéries forment entre elles des filaments observables au microscope, appelés « cordes ». Or, ces formations semblent être à l’origine de la capacité de ces bactéries à survivre sous l’action des phagocytes.

Embryons de poisson-zèbre présentant un défaut d'expression du gène CFTR infecté par la bactérie M. abscessus GD01 (en rouge). A gauche embryon non traité.  A droite embryon traité avec le phage Muddy (le rouge qui correspond à la bactérie a presque disparu).
Embryons de poisson-zèbre présentant un défaut d’expression du gène CFTR infecté par la bactérie M. abscessus GD01 (en rouge). A gauche embryon non traité. A droite embryon traité avec le phage Muddy. Crédits : Laurent Kremer

Ce nouveau modèle d’étude présente donc deux avantages pour la recherche biomédicale : d’une part, il est utile pour décrypter les mécanismes biologiques qui ont lieu in vivo mais dont l’étude in vitro reste nécessairement imparfaite. D’autre part, il pourrait aboutir à la mise en place d’un outil destiné à évaluer l’efficacité de combinaisons thérapeutiques phage(s)/antibiotique(s), pour combattre d’autres pathogènes bactériens. « L’utilisation thérapeutique des phages, la phagothérapie, est une approche qui a plus d’un siècle. De 1920 à 1940, elle a permis de traiter différentes maladies infectieuses, avant d’être abandonnée avec l’apparition des premiers antibiotiques », souligne Laurent Kremer. Avec l’émergence des résistances aux antibiotiques, des équipes de recherche se réapproprient l’approche : reste à en valider l’efficacité et la sécurité, avec des méthodes scientifiques contemporaines.


PHAG-ONE : 2,85 M€ pour le développement de la phagothérapie

L’évaluation et le développement de la phagothérapie comme alternative ou complément aux antibiotiques dépendent largement de la disponibilité de phages sélectionnés et purifiés, obtenus à l’issue de procédés strictement contrôlés. C’est précisément l’objet du projet PHAG-ONE, lauréat d’un appel à projet financé dans le cadre du programme prioritaire de recherche national Antibiorésistance, lui-même piloté par l’Inserm.

Dans le cadre de ce projet, des chercheurs des Hospices civils de Lyon, en partenariat avec l’université Claude Bernard Lyon 1 et le Centre international de recherche en infectiologie (unité1111 Inserm/CNRS/ENS de Lyon/UCBL 1), vont s’atteler à l’isolement, la production, la purification, le conditionnement et les contrôles de qualité de phages thérapeutiques actifs sur trois espèces bactériennes (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis et Escherichia coli). Les phages ainsi produits seront ensuite utilisés pour traiter des infections multirésistantes aux antibiotiques, dans le cadre de traitements compassionnels et d’essais cliniques.

Pour en savoir plus


Note :
* UMR 9004 CNRS/Université de Montpellier, équipe Pathogénie mycobactérienne et nouvelles cibles thérapeutiques, Institut de recherche en infectiologie de Montpellier.

Source : M. Johansen et coll. Mycobacteriophage–antibiotic therapy promotes enhanced clearance of drug-resistant Mycobacterium abscessus. Dis Model Mech du 16 septembre 2021. Doi : 10.1242/dmm.049159

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