Les antibiotiques ont révolutionné la médecine, mais même ceux-ci des médicaments qui sauvent des vies ont leurs limites. Dans deux nouvelles études impliquant des biologistes de l’Université de Pittsburgh, les chercheurs montrent qu’une technique expérimentale utilisant des virus tueurs de bactéries a traité avec succès deux patients atteints d’infections mortelles qui ne répondaient pas aux antibiotiques.
« Une étude de cas est anecdotique. C’est unique : nous avons peut-être eu de la chance », a déclaré Graham Hatfull, professeur de biotechnologie de la famille Eberly à la Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences. Avec trois des cas de réussite documentés, « Maintenant, nous pouvons commencer à rechercher des cohérences et à sentir que cela peut fonctionner pour beaucoup plus de patients. »
Les bactériophages, les phages en abrégé, tuent les bactéries en injectant leur ADN dans les cellules bactériennes et en transformant leurs cibles en usines de phages. Inoffensif pour les humains, cette capacité a fait des phages un candidat pour le traitement de certaines infections autrement insolubles, y compris celles causées par Mycobacterium abscessus, une espèce de bactérie notoirement résistante aux antibiotiques et pouvant être mortelle pour les patients atteints de mucoviscidose ou qui prennent des médicaments qui affaiblissent leur système immunitaire.
Hatfull et son laboratoire a montré le potentiel de la technique en 2019 dans la première utilisation de phages pour traiter une infection à Mycobacterium et la première utilisation de phages génétiquement modifiés dans un tel traitement. Ils sont maintenant sur la bonne voie pour aider davantage de patients qui ont atteint les limites de ce que la médecine établie peut apporter.
« Vous devez avoir épuisé toutes ces options, d’un point de vue réglementaire, avant de pouvoir passer à quelque chose de vraiment expérimental comme les phages », a déclaré Hatfull. « Ces gens n’ont personne d’autre vers qui se tourner. C’est nous ou rien.
Une greffe salvatrice
Dans un article publié aujourd’hui dans Cellles chercheurs rapportent que la phagothérapie du Hatfull Lab a réussi sur une autre infection beaucoup plus courante chez les patients atteints de fibrose kystique – une maladie qui provoque une accumulation de mucus dans les poumons, entre autres effets catastrophiques.
Le succès de l’étude montre que la phagothérapie peut être utile pour beaucoup plus de patients atteints de fibrose kystique, aidant potentiellement d’autres qui sont bloqués sur des listes d’attente de greffe en raison d’infections mycobactériennes tenaces dans les poumons.
Mais le succès du traitement était tout sauf certain. Effectuer une phagothérapie sur un patient souffrant d’une infection pulmonaire, plutôt que d’une infection cutanée comme dans l’article de 2019, a entraîné un nouvel ensemble de défis et de questions.
« S’il y a des bactéries dans le sang et que vous administrez un phage IV, vous avez de bonnes chances que ces deux-là se retrouvent », a déclaré Hatfull. Les poumons, cependant, sont un réseau compliqué de tubes où une infection peut se cacher. « C’est juste une grande inconnue, essentiellement. »
C’est particulièrement vrai chez des patients comme Jarrod Johnson, au centre du nouveau journal. Johnsonc’est l’infection a persisté même après des années de traitement avec des antibiotiques. Après la phagothérapie, cependant, il a été testé négatif pour l’infection plus d’une douzaine de fois, lui ouvrant la voie à une greffe de poumon.
« Je suis tellement reconnaissant pour l’effort, la persévérance et la créativité de toutes les personnes qui ont participé à mon traitement », a déclaré Johnson. « Je pensais que j’allais mourir. Ils m’ont littéralement sauvé la vie.
Les médecins ont effectué le travail au National Jewish Health à Denver, Colorado, et dirigé par Jerry Nick, qui a envoyé des échantillons au laboratoire de Hatfull pour rechercher des phages capables de lutter contre l’infection.
« Nous avons une grande collection de phages et nous avons séquencé plus de 4 000 de leurs génomes, nous comprenons donc leurs profils génomiques et leurs relations dans les moindres détails », a déclaré Hatfull. « De plus, nous avons des informations sur les bactéries infectées par les phages, ce qui signifie que nous pouvons faire des suppositions intelligentes sur les types de phages les plus utiles à rechercher. »
Lorsqu’ils ont reçu la demande, Hatfull et son laboratoire ont pu identifier deux phages correspondant à la souche de Mycobacterium abscessus dans les poumons de Johnson et les modifier génétiquement pour qu’ils soient plus efficaces pour le tuer.
Comme pour toute étude de cas, il est impossible d’être sûr que le rétablissement du patient est le résultat du traitement. Mais les preuves dans ce cas sont plus solides que la plupart, a déclaré Hatfull.
« Le patient a été suivi avec une attention incroyable, cliniquement, pendant des années, avec un séquençage multiple de souches et de profils antibiotiques », a-t-il déclaré. Les signaux moléculaires de parties de la paroi cellulaire de la bactérie dans l’urine du patient étaient particulièrement convaincants – un signe que les phages tuaient les bactéries et faisaient leur travail.
D’un cocktail à un coup droit
Dans la seconde des deux études, publié dans Nature Communicationl’équipe Pitt, avec des collègues de l’Université de Harvard dirigée par Jessica Little, a réussi à traiter un patient immunodéprimé atteint d’une infection cutanée mycobactérienne.
« La thérapie semblait vraiment faire une grande différence alors que les antibiotiques n’avaient pas vraiment fait grand-chose pendant une longue période », a déclaré Hatfull.
Il s’agit du premier exemple de phagothérapie utilisée pour traiter une infection par Mycobacterium chelonae – une espèce apparentée, mais différente des bactéries précédemment traitées avec des phages. Et tandis que le système immunitaire du patient semblait monter une attaque contre le phage, cela n’empêchait pas le traitement d’être efficace.
Un autre aspect nouveau de l’étude était le phage utilisé par les chercheurs.
Les chercheurs s’inquiètent du potentiel des bactéries à développer une résistance aux virus. L’équipe de Hatfull a précédemment tenté d’éviter le problème en livrant un cocktail de plusieurs phages : en bloquant une infection bactérienne avec trois types de virus en même temps, il est moins probable qu’elle puisse les faire évoluer.
Mais lorsque l’équipe a testé des phages contre l’infection de ce patient, un seul s’est avéré efficace : Muddy, l’un des trois utilisés dans l’étude de 2019.
« C’est tout ce que nous avions – nous avons utilisé tous les phages disponibles », a déclaré Hatfull. «Nous avons évidemment couru le risque de voir de la résistance et de l’échec. Mais c’était soit ça, soit ne rien faire.
Le fait que les bactéries n’aient pas développé de résistance au phage unique a été une surprise, et cela ouvre également un nouveau potentiel pour le traitement des patients, en particulier pour ceux qui ont un système immunitaire robuste.
« Maintenant, nous pouvons envisager de leur donner le phage numéro un pendant un mois. Et puis nous arrêterons. Ensuite, donnez-leur le phage numéro deux pendant un mois, puis arrêtez », a déclaré Hatfull. Cela réduirait le risque que le système immunitaire du patient attaque les phages.
Ensemble, les deux études pointent vers un avenir pour la thérapie par les phages pour un plus large éventail d’infections à Mycobacterium – et de nouvelles façons potentielles de maximiser les chances de succès de la thérapie.
Ouvrir les vannes
Jusqu’à aujourd’hui, il pouvait sembler à un observateur extérieur que le travail clinique du laboratoire avait commencé et s’était terminé avec cette percée de 2019. La vérité est tout le contraire.
« C’est alors que les vannes se sont ouvertes », a déclaré Rebecca Dedrick, un associé de recherche dans le laboratoire de Hatfull. « Nous avons commencé à recevoir des demandes du monde entier, et nous en recevons toujours. »
Dedrick coordonne le côté clinique du laboratoire, gérant la montagne de permis et autres documents nécessaires pour donner aux patients du monde entier une thérapie expérimentale. Elle et une équipe de trois techniciens de recherche examinent également des échantillons de bactéries envoyés par ces patients, testent des virus contre eux pour voir si certains peuvent être efficaces et effectuent des tests de suivi après le traitement.
Ce fut un changement soudain pour Dedrick, qui jusque-là dans sa carrière s’était concentrée sur les sciences fondamentales. Mais elle l’a vite adopté. « Les cliniciens n’ont rien d’autre à leur donner, et puis nous offrons cette petite pépite d’espoir », a-t-elle déclaré. « Le simple fait de pouvoir offrir cela à un patient qui n’a pas d’autres options, c’est vraiment gratifiant. »
D’autres membres du laboratoire sont également devenus une partie importante du travail clinique de l’équipe, notamment l’instructeur de recherche Deborah Jacobs Sera, qui cultive et purifie les phages jusqu’à une quantité et une qualité suffisantes pour qu’ils puissent être injectés aux patients. Ce qui était au départ un processus éprouvant pour les nerfs est devenu, au fil des années de pratique, une machine bien huilée qui prélève des échantillons de patients et envoie des thérapies vitales.
Des virus cachés dans l’ADN
La médecine expérimentale, cependant, n’est qu’une composante du travail du laboratoire. Dans le même temps, le groupe poursuit ses recherches fondamentales sur les causes de ces virus et bactéries, produisant des indices sur les moyens d’améliorer les futurs traitements.
Une cible : les échantillons de cellules de Mycobacterium envoyés par plus de 270 patients en recherche de traitement.
« En plus d’avoir une collection de phages vraiment bonne, large et diversifiée, nous avons maintenant une collection importante, large et diversifiée d’isolats cliniques de Mycobacterium abscessus et de certaines souches apparentées », a déclaré Hatfull. « C’est une ressource énorme pour comprendre la biologie de base. »
Dans cette bibliothèque d’échantillons, Hatfull et son laboratoire ont trouvé un nouvel endroit surprenant pour chercher des phages candidats à s’enrôler dans la lutte contre les infections à Mycobacterium : Caché dans l’ADN de ces bactéries se trouve le matériel génétique complet des phages qui ont infecté ces cellules dans le passé. Leur existence est la preuve que le phage peut infecter ces bactéries, et le laboratoire est maintenant en mesure d’utiliser ces plans pour donner vie à ces virus. La prochaine étape consiste à modifier leur ADN afin qu’ils puissent non seulement infecter ces souches de Mycobacterium, mais aussi les tuer de manière fiable.
« Nous travaillons toujours sur la façon de les concevoir et de les intégrer à une thérapie », a déclaré Hatfull. « Nous n’en avons encore utilisé aucun à des fins thérapeutiques, mais je pense que nous nous en rapprochons. »
Et la poursuite des recherches sur les phages qui infectent les souches de Mycobacterium – et pourquoi – pourrait avoir un impact sur les traitements à l’avenir. Au cœur de cette question se trouve le potentiel d’aller au-delà d’une approche de médecine personnalisée à forte intensité de temps et de main-d’œuvre vers un traitement plus généralisé qui pourrait aider les patients à une échelle beaucoup plus large.
Le tabouret à trois pieds
La mission éducative du laboratoire a également progressé, même pendant une pandémie. Depuis 2002, Hatfull dirige un programme qui implique des étudiants de premier cycle dans la recherche de pointe. Maintenant, ce programme s’appelle Howard Hughes Medical Institute Science Education Alliance-Phage Hunters Advancing Genomic and Evolutionary Science (HHMI SEA-PHAGES), et il donne aux étudiants la chance de découvrir et de nommer leurs propres virus. L’un de ces virus découverts dans le cadre du programme était Muddy, désormais utilisé dans environ la moitié des thérapies du laboratoire.
Hatfull qualifie les trois objectifs de son laboratoire de « tabouret à trois pieds », chaque pied – recherche, éducation et travail clinique – enrichissant les autres.
« Nous avons ce processus constant et continu d’augmentation du nombre de phages dont nous disposons », a-t-il déclaré. Dans le même temps, 30 ans de travail sur la génétique des phages leur permettent de s’abreuver efficacement au tuyau d’incendie des phages, en les organisant de telle sorte qu’ils soient prêts pour des évaluations rapides lorsqu’un échantillon de mycobactérie arrive.
En ce qui concerne leur travail clinique, le laboratoire s’attend à publier bientôt des rapports sur d’autres études de cas, dépassant la preuve de concept et développant un ensemble de connaissances plus solides sur la phagothérapie pour les infections à Mycobacterium – le type qui est essentiel pour jeter les bases d’un potentiel clinique essai où la thérapie pourrait être testée plus rigoureusement.
« Nous avons besoin d’essais cliniques, et nous n’y arriverons pas tant que nous n’aurons pas d’informations sur chacune de ces étapes », a déclaré Dedrick.
Quelle que soit la prochaine étape du domaine, il est presque certain que le laboratoire sera au centre de celui-ci.
« En ce qui concerne les personnes qui travaillent sur des phages qui pourraient être utilisés pour les maladies mycobactériennes, nous le sommes, fondamentalement », a déclaré Hatfull. « Vous ne pouvez pas obtenir cela d’un autre laboratoire dans le mondeje pense qu’il est juste de dire.
La source: Université de Pittsburgh
