Optimisation de la prise en charge des infections dues à Mycobacterium abscessus basée sur la synergie entre bêta-lactamines et inhibiteurs de bêta-lactamases

Porteur du projet : Jean-Luc MAINARDI

Centre de Recherche des Cordeliers, Equipe 12 UMRS 1138

Contexte :
Mycobacterium abscessus est une bactérie responsable d’infections pulmonaires difficiles à traiter chez les patients atteints de mucoviscidose. Malgré un traitement long comprenant une quadrithérapie, les rechutes sont fréquentes surtout en cas de résistance à l’un des antibiotiques de première intention (un macrolide). Une bêta-lactamine, l’imipénème, est utilisée malgré l’existence d’une enzyme qui permet à M. abscessus de détruire cet antibiotique. Nos travaux ont montré que l’inhibition de cette enzyme par des inhibiteurs appartenant à la famille des DBOs comme l’avibactam et le relebactam, molécules approuvées dans d’autres indications, améliore l’activité de l’imipénème. Récemment, nous avons aussi montré que l’activité de la combinaison imipénème-DBOs est renforcée par l’addition d’une deuxième bêta-lactamine, l’amoxicilline. Dans ce contexte, notre projet est de comprendre le mode d’action de cette triple association et d’évaluer son efficacité de manière approfondie  in vitro, en intracellulaire et in vivo dans un modèle murin dans l’optique d’une optimisation du traitement des infections pulmonaires à M. abscessus.

Objectifs :
Les objectifs du projet sont d’étudier le mécanisme de la synergie de la triple association amoxicilline-imipénème-DBOs sur la souche de référence de M. abscessus en identifiant les « cibles » de ces molécules, c’est-à-dire les composants bactériens auxquels elles se fixent. Une fois les « cibles » identifiées, nous étudierons comment ces molécules les inhibent. Nous validerons également l’intérêt de cette triple association sur un panel de souches cliniques de M. abscessus isolées de patients atteints de mucoviscidose. En parallèle, nous effectuerons une évaluation approfondie de l’efficacité de cette triple association dans un modèle de macrophage infecté par M. abscessus ainsi que dans un modèle murin. Ceci pourrait permettre de positionner cette nouvelle approche thérapeutique dans les traitements recommandés afin d’améliorer la prise en charge des infections pulmonaires dues à M. abscessus chez les patients atteints de mucoviscidose.

Perspectives :
Quatre axes de travaux seront développés  
Axe 1 : Nous identifierons les cibles de l’association amoxicilline-imipénème-DBOs en sélectionnant des mutants résistants à cette triple combinaison et nous séquencerons les génomes de ces mutants. Une fois les cibles identifiées, nous étudierons  l’interaction des bêta-lactamines avec leurs cibles en utilisant le carbapénème fluorescent qui sera synthétisé au cours de cette année par notre partenaire chimiste. Enfin, nous évaluerons l’efficacité de l’inactivation des cibles par les bêta-lactamines. Pour ce dernier aspect, l'interaction médicament-cible sera caractérisée par une combinaison d'approches de spectrométrie de masse et de spectroscopie de fluorescence développées par notre laboratoire. En effet, au cours des dernières années, nous avons développé ces techniques afin d’évaluer et de comparer l’efficacité de l’inactivation des enzymes (les transpeptidases) intervenant dans la synthèse de la paroi bactérienne (le peptidoglycane) par différentes bêta-lactamines. Ces approches permettent de déterminer directement les caractéristiques cinétiques conduisant à l’inactivation des cibles par l’amoxicilline, l’imipénème et les DBOs. Pour réaliser ces études, nous produirons chez Escherichia coli des fragments solubles des cibles de M. abscessus qui comprendront le domaine actif de chaque enzyme. Ces enzymes seront purifiées comme précédemment décrit pour les L,D-transpeptidases de M. tuberculosis, agent responsable de la tuberculose.

Axe 2 :  Nous poursuivrons l’étude in vitro de l’efficacité des associations de bêta-lactamines et de DBOs sur un panel de souches cliniques de M. abscessus. La recherche d’une synergie in vitro entre l’amoxicilline, l’imipénème et un DBO sera effectuée sur une collection de soixante souches cliniques de M. abscessus dont nous avons déjà déterminé la sensibilité à l’imipénème et à la céfoxitine. Ces souches ont été isolées de patients atteints de mucoviscidose, ont été typées (MLST), et appartiennent aux espèces M. abscessus stricto sensu, M. massiliense et M. bolletii. Les génomes des souches qui ne présenteraient pas de synergie pour ces associations seront séquencés afin d’identifier des mutations potentiellement localisées dans les cibles des antibiotiques (cf Axe 1 ).

Axe 3 :  Nous poursuivrons l’étude de l’efficacité de différentes associations de bêta-lactamines et de DBOs dans le modèle de macrophage infecté par M. abscessus. 

Axe 4 :  L’efficacité thérapeutique de l’association imipénème-relebactam (DBO) dans le modèle murin sera étudiée par notre partenaire (Pr Herrmann). La posologie choisie pour le relebactam correspondra à celle utilisée dans nos travaux récents portant sur l’avibactam. Si l’association imipénème-relebactam se montre aussi efficace que l’association imipénème-avibactam, le relebactam sera choisi comme DBO dans les prochaines étapes dans la mesure où l’association imipénème-relebactam est disponible en clinique. Lors de cette étape, la triple association amoxicilline-imipénème-DBO sera étudiée. A deux temps différents post-infection (J10, J17), les organes des souris (foie, rate, poumons, reins) seront prélevés pour dénombrer la charge bactérienne de M. abscessus dans chacun des organes. La masse des rates sera également mesurée et rapportée à la masse des souris. Ces données peuvent être un indicateur indirect de la capacité des antibiotiques à éradiquer la bactérie. Ces données permettront de déterminer si la triple association est plus efficace in vivo que l’imipénème seul ou l’imipénème associé au relebactam.

Résultats obtenus :
Au cours des 3 premiers mois d’un travail de thèse, nous nous sommes focalisés sur l’étude in vitro des associations amoxicilline-imipénème en présence de deux DBOs différents, l’avibactam et le relebactam. Nous avons confirmé qu’il existait une synergie importante entre l’amoxicilline et l’imipénème en présence d’avibactam ou de relebactam. La triple association imipénème-amoxicilline-relebactam est la seule association qui tue la bactérie in vitro. Dans un modèle de macrophage infecté par M. abscessus, cette triple association imipénème-amoxicilline-relebactam est l’association la plus efficace entrainant une tuerie bactérienne intracellulaire. Le partenaire 2 a étudié l’efficacité in vivo de l’association imipénème-avibactam sur deux formes de M. abscessus (variant R et variant S) et a montré que cette association  a permis de diminuer la charge bactérienne dans les organes cibles (poumons, foie, rate et reins) avec un effet plus visible dans le rein pour le variant S. Cette association imipénème-relebactam prévient la formation des abcès du rein chez les souris.