Et si un virus pouvait inverser la résistance aux antibiotiques ?

En 1910, le microbiologiste franco-canadien Félix d’Hérelle, observant au microscope des « taches claires » dans ses cultures bactériennes, une anomalie qui s’est avérée être des virus prédateurs des bactéries. Des années plus tard, d’Hérelle utilisera ces virus, qu’il appellera bactériophagespour traiter les patients atteints de dysenterie après la Première Guerre mondiale.

Au cours des décennies qui ont suivi, d’Hérelle et d’autres ont utilisé cette phagothérapie pour traiter la peste bubonique et d’autres infections bactériennes jusqu’à ce que la technique tombe en désuétude après l’adoption généralisée des antibiotiques dans les années 1940.

Mais aujourd’hui, les bactéries développent une résistance à un nombre croissant d’antibiotiques, et la phagothérapie suscite un regain d’intérêt chez les chercheurs, parfois avec une approche inédite. Au lieu d’utiliser simplement les phages pour tuer directement les bactéries, la nouvelle stratégie vise à piéger les bactéries dans un dilemme évolutif, dans lequel elles ne peuvent échapper simultanément aux phages et aux antibiotiques.

Ce plan, qui utilise ce que l’on appelle le « pilotage par phage », a montré des résultats prometteurs lors des premiers tests, mais l’étendue de son utilité reste à prouver.

Il est certainement nécessaire de trouver de nouvelles façons de répondre aux infections bactériennes. 70 pour cent des infections bactériennes contractées à l’hôpital aux États-Unis sont résistants à au moins un type d’antibiotique. Et certains agents pathogènes, tels que Acinetobacter, Pseudomonas, Escherichia coli et Klebsiella — classés par l’Organisation mondiale de la santé parmi les plus grandes menaces pour la santé humaine — sont résistants à plusieurs antibiotiquesEn 2019, la résistance aux antibactériens a été liée à 4,95 millions de décès dans le monderenforçant la demande d’options de traitement plus efficaces.

L’une des façons dont les bactéries peuvent développer une résistance aux antibiotiques consiste à utiliser des structures dans leurs membranes conçues pour évacuer les molécules indésirables hors de la cellule. En modifiant ces « pompes à efflux » pour reconnaître l’antibiotique, les bactéries peuvent éliminer le médicament avant qu’il ne les empoisonne.

Il s’avère que certains phages semblent utiliser ces mêmes pompes d’efflux pour envahir la cellule bactérienne. Le phage attache vraisemblablement sa queue à la partie externe de la protéine de pompe, comme une clé qui glisse dans une serrure, puis injecte son matériel génétique Cette heureuse coïncidence a conduit Paul Turner, biologiste évolutionniste à l’Université Yale, à suggérer que le traitement simultané d’un patient avec des phages et des antibiotiques pourrait piéger les bactéries dans une situation sans issue : si elles évoluent pour modifier leurs pompes d’efflux afin que le phage ne puisse pas se lier, les pompes n’expulseront plus d’antibiotiques et les bactéries perdront leur résistance. Mais si elles conservent leur résistance aux antibiotiques, les phages les tuerontcomme l’ont expliqué Turner et ses collègues dans le rapport de 2023 Revue annuelle de virologie.

En d’autres termes, le résultat est une attaque à deux volets, explique Michael Hochberg, biologiste évolutionniste au Centre national de la recherche scientifique, qui étudie les moyens de prévenir l’évolution de la résistance bactérienne. « C’est une sorte d’effet croisé. » Le même principe peut cibler d’autres molécules bactériennes qui jouent un double rôle dans la résistance aux virus et aux antibiotiques.

Turner a testé cette hypothèse sur des médicaments multirésistants Pseudomonas aeruginosaqui provoque des infections dangereuses, notamment dans les milieux de soins. Cette bactérie possède quatre pompes d’efflux impliquées dans la résistance aux antibiotiques, et Turner a prédit que s’il parvenait à trouver un phage qui utilise l’une des pompes comme moyen d’entrer dans la cellule, la bactérie serait obligée de claquer la porte au phage en mutant le récepteur, entravant ainsi sa capacité à pomper des antibiotiques.

En prélevant des échantillons dans l’environnement, l’équipe de Turner a collecté 42 souches de phages qui infectent Pseudomonas aeruginosa. Parmi tous les phages, l’un d’eux, OMKO1, s’est lié à une pompe d’efflux, ce qui en fait le candidat idéal pour l’expérience.

Les chercheurs ont ensuite cultivé des souches résistantes aux antibiotiques. P. aeruginosa Ils ont utilisé l’OMKO1 pour forcer la bactérie à modifier sa pompe d’efflux afin de résister au phage. Ils ont exposé ces bactéries résistantes aux phages, ainsi que leurs homologues normales et sensibles aux phages, à quatre antibiotiques auxquels les bactéries étaient résistantes : la tétracycline, l’érythromycine, la ciprofloxacine et la céftazidime.

Comme le prévoyait la théorie, les bactéries qui avaient développé une résistance au phage étaient plus sensibles aux antibiotiques que celles qui n’avaient pas été exposées au phage. Cela suggère que les bactéries ont effectivement été contraintes de perdre leur résistance aux antibiotiques en raison de leur besoin de combattre le phage.

D’autres chercheurs ont également montré que le guidage par phage peut resensibiliser les bactéries aux antibiotiques courants auxquels elles étaient devenues résistantes. Une étude menée par une équipe de recherche internationale a montré qu’un phage appelé Phab24 peut être utilisé pour restaurer la sensibilité à l’antibiotique colistine dans Acinetobacter baumanniiqui provoque des maladies potentiellement mortelles.

Dans une deuxième étude, des chercheurs de l’université Monash en Australie ont prélevé des échantillons de bactéries infectieuses sur des patients. Ils ont découvert que plusieurs phages, dont des souches connues sous le nom de ΦFG02 et ΦCO01, étaient déjà présents dans certains des échantillons, et que A. baumannii les bactéries exposées aux phages avaient inactivé un gène qui aide à créer la couche externe importante du microbe, ou capsule. Cette couche sert de point d’entrée pour les phages, mais elle aide également la bactérie à former des biofilms qui empêchent les antibiotiques d’entrer. A. baumannii sensible à plusieurs antibiotiques auxquels il était auparavant résistant.

Dans une troisième étude, des chercheurs de l’Université de Liverpool ont découvert que lorsqu’un P. aeruginosa souche résistante à tous les antibiotiques a été exposée aux phages, la bactérie est devenue sensible à deux antibiotiques qui étaient autrement considérés comme inefficaces contre Pseudomonas aeruginosa.

L’équipe de Turner a utilisé la phage steering dans des dizaines de cas de thérapie personnalisée en milieu clinique, explique Benjamin Chan, microbiologiste à l’université Yale qui travaille avec Turner. Les résultats, dont beaucoup n’ont pas encore été publiés, sont prometteurs jusqu’à présent, dit Chan. Les infections non respiratoires sont relativement faciles à éliminer, et les infections pulmonaires, que l’approche de phage steering ne devrait pas éradiquer complètement, montrent souvent une certaine amélioration. « Je dirais que nous avons assez bien réussi à utiliser la phage steering pour traiter des infections difficiles à gérer, réduisant la résistance aux antimicrobiens dans de nombreux cas », dit-il. Mais il note qu’il est parfois difficile de déterminer si la phage steering est vraiment responsable des guérisons.

Le diable est dans les détails

Selon Graham Hatfull, biologiste moléculaire à l’université de Pittsburgh, la phagothérapie ne fonctionnerait pas contre toutes les bactéries résistantes aux antibiotiques. En effet, les phages sont très spécifiques à chaque hôte et, pour la plupart d’entre eux, personne ne sait à quelle cible ils se lient à la surface de la cellule bactérienne. Pour que la phagothérapie fonctionne contre la résistance aux antibiotiques, le phage doit se lier à une molécule impliquée dans cette résistance, et on ne sait pas exactement à quelle fréquence cette coïncidence fortuite se produit.

Jason Gill, qui étudie la biologie des bactériophages à l’université Texas A&M, explique qu’il n’est pas facile de prédire si un phage induira une sensibilité aux antibiotiques. Il faut donc toujours rechercher le bon virus à chaque fois.

Gill sait par expérience à quel point cette approche peut être compliquée. Il faisait partie d’une équipe de chercheurs et de médecins qui ont utilisé des phages pour traiter un patient atteint d’une maladie multirésistante aux médicaments. A. baumannii infection. Moins de quatre jours après que l’équipe a administré des phages par voie intraveineuse et à travers la peau, le patient s’est réveillé du coma et est devenu sensible à l’antibiotique minocycline, jusque-là inefficace — un succès remarquable.

Mais lorsque Gill a tenté une expérience similaire sur des cultures cellulaires, il a obtenu un résultat différent. A. baumanniiLes bactéries ont développé une résistance aux phages, mais elles ont également conservé leur résistance à la minocycline. « Il n’existe pas encore de compréhension complète du mécanisme », explique Gill. « Le lien entre la résistance aux phages et la sensibilité aux antibiotiques varie probablement selon la souche bactérienne, le phage et l’antibiotique. » Cela signifie que le pilotage par les phages ne fonctionne pas toujours, dit-il.

Turner pointe pour sa part un autre problème potentiel : les phages pourraient être trop efficaces. Si la phagothérapie tue de grandes quantités de bactéries et dépose rapidement leurs restes dans la circulation sanguine, par exemple, cela pourrait déclencher un choc septique chez les patients. Les scientifiques ne savent pas encore comment résoudre ce problème.

Un autre problème est que les médecins ont un contrôle moins précis sur les phages que sur les antibiotiques. « Les phages peuvent muter, ils peuvent s’adapter, ils ont un génome », explique Hochberg. Les problèmes de sécurité, note-t-il, sont l’un des facteurs qui freinent l’utilisation systématique de la phagothérapie dans des pays comme les États-Unis, la limitant à des applications au cas par cas comme celle de Turner et Chan.

La phagothérapie était peut-être trop sophistiquée pour les années 1940, et aujourd’hui encore, les scientifiques se demandent comment l’utiliser. Ce dont nous avons besoin aujourd’hui, dit Turner, ce sont des expériences rigoureuses qui nous apprendront comment la faire fonctionner.