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Efficacité et potential thérapeutique d’une phagothérapie contre Mycobacterium abscessus dans la mucoviscidose

Dernière mise à jour 30.09.2021 à 11h36

Axe de recherche : Infection Délégation territoriale : Midi-Pyrénées Domaine de recherche : Recherche fondamentale

Porteur du projet : Laurent Kremer

Institut de Recherche en Infectiologie de Montpellier - CNRS UMR9004

Contexte : 
Mycobacterium abscessus est responsable d’infections pulmonaires sévères qui sont très difficiles à éradiquer du fait de la résistance naturelle de cette bactérie aux antibiotiques ainsi que des rechutes fréquentes observées après traitement. De nouvelles alternatives thérapeutiques sont donc requises pour traiter ces patients. L’utilisation des bactériophages, capables de lyser des bactéries, pourrait être implémentée lorsque le traitement par l’antibiothérapie classique demeure inefficace, une situation décrite lors de complications respiratoires causées par M. abscessus dans la mucoviscidose. Ce projet vise à étudier de manière approfondie les interactions spécifiques entre bactériophages et une souche clinique de M. abscessus, multirésistante à plusieurs classes d’antibiotiques, isolée d’un patient atteint de mucoviscidose. Il est également destiné à évaluer l’efficacité d’un traitement phagique dans un modèle animal (l’embryon de zebrafish) que nous avons récemment développé.

Objectifs :
Les traitements contre les infections respiratoires à M. abscessus dans la mucoviscidose sont très lourds, peu efficaces et souvent mal tolérés par les patients. Or, une étude compassionnelle a rapporté l’effet bénéfique d’une perfusion de bactériophages génétiquement modifiés au laboratoire (en combinaison avec des antibiotiques) dans le traitement d’une adolescente transplantée pulmonaire atteinte de mucoviscidose, souffrant d’une infection disséminée et très sévère causée par M. abscessus. Cependant, les données décrivant l’efficacité d’action des phages chez M. abscessus restent très éparses. Ainsi, dans le cadre d’une alternative thérapeutique destinée à réduire ou éliminer l’infection causée par M. abscessus chez l’Homme, nous nous proposons de conduire une étude chez l’animal, destinée à identifier et à décrire des composants majeurs situés à l’interface entre le phage, la bactérie et l’hôte et nécessaires pour assurer le succès d’une phagothérapie efficace.

Perspectives :
La seconde année de thèse s’articulera, de façon très logique dans la suite des premiers résultats et selon le calendrier initial, essentiellement autour de deux thèmes centraux. D’une part, nous poursuivrons les études en rapport avec l’impact du traitement phagique sur la formation des cordes bactériennes qui représentent une caractéristique physiopathologique de l’infection chez le zebrafish mais également chez l’Homme. D’autre part, nous poursuivrons nos travaux sur la contribution de l’immunité innée et notamment du rôle des macrophages et des neutrophiles dans l’efficacité thérapeutique des phages dans le zebrafish infecté par GD01.

M. abscessus peut présenter deux morphologies distinctes : une morphologie lisse (S), incapable de former des cordes mais capable de produire des biofilms et une morphologie rugueuse (R) qui forme des cordes mais pas de biofilm. De plus, ces variants S et R conduisent à des résultats cliniques différents ; les formes R étant plus souvent associées à un déclin de la fonction pulmonaire chez les patients atteints de mucoviscidose. La souche GD01 qui nous intéresse dans le cadre de ce projet est un variant R. Dès lors, nous nous sommes intéressés à la formation des cordes in vitro, dans le macrophage et dans le zebrafish. Nous pensons que ces cordes, de par leur structure et taille forment un réseau bactérien extrêmement dense et réfractaire à l’action des antibiotiques. A ce titre, ces cordes pourraient donc, du moins en partie, expliquer certains échecs thérapeutiques. Nous souhaiterions étudier l’activité potentielle du phage Muddy sur les cordes. Pour cela, des techniques d’imagerie (microscopie à fluorescence) nous permettront d’observer et de quantifier l’impact des phages sur la taille, le nombre et l’intégrité des cordes bactériennes. Dans la mesure où nous avons démontré une activité synergique de Muddy avec plusieurs antibiotiques in vitro, nous exposerons ces cordes soit au phage tout seul, soit aux antibiotiques soit à une combinaison phage plus antibiotique. Ces résultats nous permettront d’appréhender le pouvoir de destruction des cordes grâce à l’action combinée de phages et d’antibiotiques. Ces travaux seront poursuivis par des études in vivo, destinées à étudier l’impact de phages en combinaison ou non avec des antibiotiques sur la destruction des cordes pré-existantes dans le zebrafish. Les cordes représentant un marqueur de sévérité de l’infection dans ce modèle animal, les effets du traitement sur la régression des cordes représenteraient un atout considérable dans le cadre du contrôle de la pathologie causée par l’infection.

Concernant le second objectif, nous tenterons d’établir la contribution des cellules du système immunitaire inné (macrophages et neutrophiles) dans le processus de phagothérapie. En effet, une étude récente a démontré que, dans la souris, le succès d’une phagothérapie vis-à-vis d’une infection causée par P. aeruginosa requiert la présence des neutrophiles. Or, nous avons montré précédemment qu’il était possible de dépléter transitoirement la présence des macrophages et des neutrophiles en utilisant des séquences spécifiques d’ADN qui, injectés au stade une cellule, vont empêcher la production des macrophages et des neutrophiles. Ainsi, à l’aide des embryons dépourvus de ces cellules, nous examinerons la capacité du phage Muddy à réduire la formation des cordes, des abcès, à diminuer la charge bactérienne, et à réduire la mortalité des embryons. 

De plus, nous souhaitons étendre et valider ces investigations en testant l’efficacité d’un nouveau couple M. abscessus/phage. Un nouvel isolat clinique de M. abscessus (GD163) provenant d’un patient atteint de mucoviscidose en échec thérapeutique et dont le pronostic vital est engagé nous a été fourni très récemment. Nous avons confirmé le très haut niveau de résistance de GD163 à plusieurs antibiotiques et avons pu générer des variants de cette souche émettant de la fluorescence rouge ou verte afin de réaliser le suivi de l’infection dans l’embryon de zebrafish. Par ailleurs, notre collaborateur aux Etats-Unis associé à ce projet est actuellement en train de sélectionner des phages lytiques actifs contre GD163 dans le but d’initier un traitement par phagothérapie à titre compassionnel. Si des phages spécifiques de GD163 peuvent être sélectionnés, ils seront produits et fournis par le laboratoire américain pour débuter une phagothérapie chez le patient en question. En parallèle, nous testerons l’efficacité de lyse de ces phages (seuls ou en présence d’antibiotiques) dans le zebrafish selon les protocoles développés précédemment avec le phage Muddy et la souche GD01. Nous tenterons, en fonction du contexte, des contraintes temporelles et des variables liées à cette étude de comparer l’activité des phages dans la modèle d’infection chez le zebrafish ainsi que chez le patient.

Résultats obtenus :
Nous avons confirmé la très forte activité lytique du phage Muddy in vitro et avons montré un effet synergique lorsqu’il est associé à plusieurs classes d’antibiotiques, suggérant qu’il soit possible d’améliorer l’efficacité du traitement, si toutefois ces effets sont confirmés dans un modèle animal. À ce titre, nous avons montré que l’infection de la souche clinique de M. abscessus isolée d’un patient atteint de mucoviscidose s’accompagne de symptômes pathologiques et d’une augmentation prématurée de la mortalité des embryons de zebrafish.  Par ailleurs, l’administration du phage Muddy dans les embryons infectés par M. abscessus est corrélée à une réduction de ces symptômes. Ces premiers résultats prometteurs ouvrent d’ores et déjà sur des perspectives très intéressantes dans le cadre d’une approche thérapeutique alternative pour lutter contre les formes sévères d’infections pulmonaires causées par M. abscessus dans la mucoviscidose.