des-bactériophages-sur-une-bactérie

Avec l’émergence de bactéries multirésistantes aux antibiotiques, on peut se demander pourquoi les phages (ou bactériophages), sont si peu connus et utilisés. Par exemple en 2016, une femme du Nevada est décédée d’une infection bactérienne causée par Klebsiella pneumoniae qui était résistante à tous les antibiotiques disponibles. Des bactéries résistantes à la colistine, un antibiotique de dernier recours, ont été découvertes dans des élevages porcins en Chine. Les bactéries ont évolué pour résister aux antibiotiques plus rapidement que jamais.

Pendant ce temps, les scientifiques mettaient au moins dix ans à développer un nouvel antibiotique et à obtenir l’approbation de la FDA. Cette réponse lente signifie que nous sommes en train de perdre cette course aux armements aux antibiotiques. Nous avons un besoin urgent d’une méthode alternative pour lutter contre les infections bactériennes. Une méthode prometteuse pour tuer les bactéries consiste à utiliser des bactériophages: des virus qui infectent et qui tuent les bactéries.

Bactériophages: ennemis naturels des bactéries

Des bactériophages, appelés phages en abrégé, ont été découverts par Frederick Twort en 1915 et Félix d’Herelle en 1917, soit plus de dix ans avant la pénicilline; l’antibiotique le plus connu. Au cours des années suivantes, les phages ont été utilisés avec succès pour traiter la dysenterie et le choléra. Ces phages ont été isolés des selles des patients qui se sont rétablis inopinément de la maladie. Les scientifiques ont supposé qu’il y avait quelque chose chez ces patients qui a aidé à éliminer les bactéries nocives de leurs intestins.

Ils ont isolé les phages des selles, les ont purifiés et ont donné les phages à d’autres patients. Dans une étude, 63% des personnes non traitées souffrant de choléra au Punjab, en Inde, sont décédées, tandis que 8% seulement des personnes traitées par les phages sont décédées. Malgré ce succès, le traitement par les phages a été éclipsé par la découverte de la pénicilline et la montée des antibiotiques.

À l’époque où les phages étaient initialement utilisés pour le traitement du choléra, les scientifiques venaient tout juste de commencer à étudier les virus et ont spéculé sur leur fonctionnement. Ce n’est qu’en 1940 que les premières images de phages ont été obtenues à l’aide d’un microscope électronique. Nous savons maintenant que les phages sont des virus qui n’infectent que les bactéries. En tant que type de virus, les phages ne peuvent pas vivre et se reproduire seuls. Ils doivent envahir une cellule hôte, consommer les nutriments de l’hôte pour se reproduire et enfin sortir de la cellule hôte, souvent en tuant l’hôte au cours de ce processus.

En général, les phages commencent leur destruction en reconnaissant et en se posant sur une bactérie. Chaque type de phages a une aire d’atterrissage spécifique. Le phage injecte ensuite son ADN dans la bactérie. Cet ADN se copie lui-même, recouvre davantage la coquille du phage et emballe l’ADN nouvellement fabriqué dans la nouvelle coquille. Enfin, le phage produit des produits chimiques toxiques qui cassent l’hôte bactérien de l’intérieur à l’extérieur, libérant ainsi les phages nouvellement créés à l’extérieur pour infecter encore plus de bactéries (Figure 1).

mécanisme-des-phagesFigure 1: Comment les phages tuent les bactéries. (1) Le phage se pose d’abord sur une bactérie. (2) Il injecte ensuite son ADN à l’intérieur d’une bactérie. (3) L’ADN est copié et est utilisé pour fabriquer un emballage pour une nouvelle génération de phages. (4) Enfin, les nouveaux phages assemblent font éclater des bactéries, ce qui les tue.

Avantages des phages sur les antibiotiques

Un antibiotique est un produit chimique qui tue les bactéries. Pour ce faire, il perturbe un ou plusieurs des processus importants nécessaires à la survie des bactéries. Étant donné que ces processus sont fréquents chez de nombreuses bactéries, un seul antibiotique «à large spectre» pourrait potentiellement tuer plusieurs espèces de bactéries à la fois. Alors que les antibiotiques ont révolutionné la médecine et sont souvent très efficaces pour enrayer l’infection bactérienne, des phages bien développés pourraient présenter plusieurs avantages par rapport aux antibiotiques.

Premièrement, les phages sont spécifiques à une espèce de bactéries et ne risquent donc pas de perturber les microbes bénéfiques vivant dans nos intestins. Le corps humain est peuplé de plus de mille espèces de microbes, qui représenteraient environ 3 à 5 kilos de notre poids corporel. Ces microbes font des tâches importantes pour nous, comme nous aider à fabriquer des nutriments que nous ne pouvons pas fabriquer nous-mêmes.

Étant donné que de nombreux antibiotiques tuent les bactéries sans discernement, le traitement d’une infection par un antibiotique entraîne également la destruction de cette bactérie intestinale bénéfique. Par contre, chaque phage a évolué pour tuer seulement un ensemble spécifique de bactéries. Parce que le phage tue avec un champ d’application étroit, il pourrait être utilisé pour guérir une infection sans perturber la communauté de bactéries bénéfiques de notre corps.

Deuxièmement, les phages sont capables de tuer les bactéries résistantes aux antibiotiques. La manière dont les phages tuent les bactéries est plus difficile à développer pour les bactéries que les antibiotiques pour tuer les bactéries. Plutôt que d’empêcher les bactéries de faire un processus spécifique comme dans le cas des antibiotiques, les phages détruisent activement la paroi cellulaire et la membrane cellulaire de la bactérie et tuent les bactéries en créant de nombreux trous de l’intérieur. En outre, de nombreuses bactéries développent un biofilm – une couche épaisse de matériaux visqueux qui les protège des antibiotiques. De nombreux phages sont équipés d’outils capables de digérer ce biofilm.

Pourquoi les phages ne sont-ils pas utilisés?

À l’exception des options de traitement disponibles dans quelques pays, les phages ont été largement abandonnés pour le traitement de l’infection bactérienne. L’une des principales raisons est que les antibiotiques ont assez bien fonctionné au cours des 50 dernières années pour que la plupart des pays n’aient pas encore entrepris d’étude sur les utilisations cliniques des phages. Mais une autre raison est qu’il existe certaines limites à l’utilisation de phages comme traitement.

Premièrement, les phages sont plus difficiles à préparer proprement. Pour produire des phages, les scientifiques doivent d’abord cultiver une grande quantité de bactéries qui sont l’hôte naturel du phage. La bactérie est ensuite infectée par les phages, qui se reproduisent et tuent toutes les bactéries. La difficulté commence par l’isolement des phages vivants d’une multitude de cadavres de bactéries mortes. S’ils ne sont pas retirés du médicament administré au patient, les corps de bactéries mortes pourraient déclencher une réponse immunitaire mortelle appelée septicémie.

Un autre défi consiste à obtenir la bonne concentration de phages, car sa concentration ne peut pas être mesurée directement. Si la concentration est trop basse, le traitement par phage sera inefficace. Bon nombre des premiers produits de phages commerciaux étaient de mauvaise qualité et incapables de traiter les maladies infectieuses, ce qui a conduit à discréditer leur traitement.

Deuxièmement, l’utilisation d’un phage prend plus de temps dans un traitement par rapport aux antibiotiques. Comme un seul type de phage ne peut infecter que quelques espèces de bactéries, la sélection du phage doit être effectuée avec soin. Premièrement, les médecins doivent déterminer l’identité de la bactérie responsable de la maladie. Ensuite, ils doivent vérifier si les phages disponibles pourraient tuer cette souche de bactérie.

Sinon, ils doivent rechercher de nouveaux phages qui pourraient faire le travail. Ce processus prend du temps que les patients peuvent ne pas avoir – en particulier lorsque les phages ne sont utilisés qu’en dernier recours sur des patients très malades. D’autre part, comme les antibiotiques tuent sans discernement, les médecins peuvent prescrire un antibiotique pour traiter un patient sans avoir à identifier au préalable le type spécifique de bactérie.

Les autres préoccupations liées à la thérapie par phages sont centrées sur son innocuité et son efficacité. Du fait que le monde occidental a abandonné la thérapie par phages il y a plusieurs décennies, peu de données sur ces sujets sont disponibles. Cependant, les recherches sur le traitement par phages se poursuivent et se développent en France et dans les pays d’Europe orientale, notamment en Géorgie. D’après leurs études, la thérapie par phages ne présente pas de problème majeur de sécurité.

la-sécurité-des-phagesFigure 2: Les phages peuvent être utilisés de deux manières: pour protéger ou guérir. Voici deux exemples. Les phages peuvent être utilisés sur des grands brûlés pour protéger leur peau contre les infections bactériennes. Les phages peuvent également être utilisés pour traiter un patient affecté par une bactérienne résistante aux antibiotiques.

Où sommes-nous actuellement?

Maintenant que de plus en plus de bactéries développent une résistance aux antibiotiques, les scientifiques du monde entier ont un intérêt renouvelé pour les phages. Par exemple aux États-Unis, la FDA a approuvé Listshield, un additif alimentaire contenant des phages, qui tue la Listeria monocytogenes; l’un des agents pathogènes d’origine alimentaire les plus virulents et l’une des causes de la méningite. Actuellement, de nombreux essais cliniques utilisant des phages pour traiter ou prévenir des infections bactériennes telles que la tuberculose et le SARM sont en cours. En Europe il y a également un regain d’intérêt pour les phages.

Bien que la FDA n’ait pas encore approuvé le traitement par des phages, les phages ont déjà été utilisés pour sauver des vies dans le cadre de traitements expérimentaux. Un rétablissement miraculeux d’un patient souffrant d’une bactérie résistante aux antibiotiques a été signalé à San Diego. En vacances en Égypte, Tom Patterson a été infecté par une souche d’Acinetobacter baumannii multirésistante. Il a été rapatrié par avion en Californie et traité avec des antibiotiques pendant plus de 100 jours, mais Patterson ne s’est pas amélioré et est tombé dans le coma. Il fut finalement sauvé par un cocktail de phages purifiés des eaux usées au Texas.

Dans un proche avenir, à mesure que les antibiotiques perdront leur efficacité, nous pourrions commencer à entendre de plus en plus d’histoires de ce genre. De plus peut-être qu’un jour, les phages pourraient passer de notre dernier recours contre les bactéries résistantes aux antibiotiques à notre première ligne de défense.

Source et crédit images : Harvard University