Comment résoudre le problème de l’abus d’antibiotiques ? Nous voulons trouver une alternative

Produit par : Science Popularization China

Auteur : Yu Yajing, Feng Jie (Institut de microbiologie, Académie chinoise des sciences)

Producteur : China Science Expo

Note de l'éditeur : Afin de dévoiler le mystère du travail scientifique et technologique, le projet technologique de pointe de la Chine a lancé une série d'articles intitulée « Moi et mes recherches », invitant les scientifiques à écrire leurs propres articles, à partager leurs expériences de recherche scientifique et à créer un monde scientifique. Suivons les explorateurs à la pointe de la science et de la technologie et embarquons pour un voyage plein de passion, de défis et de surprises.

En 2019, environ 4,95 millions de personnes sont décédées d’infections bactériennes résistantes aux médicaments dans le monde, dont 1,27 million de cas étaient directement liés à la résistance aux antibiotiques. Les infections bactériennes résistantes aux médicaments sont devenues la troisième cause de décès dans le monde après les maladies cardiaques ischémiques et les accidents vasculaires cérébraux.

Depuis leur apparition au XXe siècle, les antibiotiques sont devenus une arme puissante pour l’homme dans la lutte contre les agents pathogènes, et l’espérance de vie moyenne a été prolongée de plus de 20 ans. Cependant, à mesure que le problème de la résistance aux antibiotiques (RAM) devient plus grave, les humains sont confrontés à de nouveaux défis dans leur lutte contre les agents pathogènes.

D’une part, la RAM rend de plus en plus d’infections (comme la pneumonie, la tuberculose et la gonorrhée) difficiles à traiter . S’il n’existe pas de solution efficace, on estime que d’ici 2050, cette maladie causera plus de 10 millions de décès chaque année et que la résistance aux antibiotiques dépassera le cancer pour devenir la principale cause de décès chez l’homme.

D’autre part, la RAM peut également entraîner des cycles d’hospitalisation répétés et prolongés, entraînant une lourde charge de dépenses médicales. On estime que d’ici 2030, la RAM pourrait réduire le PIB mondial d’au moins 3,4 billions de dollars par an et entraîner environ 24 millions de personnes dans le monde, en particulier dans les pays en développement, dans la pauvreté. Si elle n’est pas contrôlée efficacement, la RAM pourrait déclencher une crise mondiale de santé publique et socio-économique.

Pour faire face au risque de résistance aux antibiotiques, les Nations Unies ont spécifiquement mis l’accent sur la « bonne santé et le bien-être » dans leurs 17 Objectifs de développement durable (ODD) et ont inclus des indicateurs de surveillance de la RAM, notamment la surveillance des infections sanguines de pathogènes spécifiques résistants aux médicaments tels que le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) et l’Escherichia coli résistant aux céphalosporines de troisième génération (3GC).

L'Organisation mondiale de la santé (OMS) a proposé le « Plan d'action mondial sur la résistance aux antimicrobiens » en 2015 et a publié le guide « Priorités stratégiques et opérationnelles du secteur de la santé humaine pour la réponse aux infections bactériennes résistantes aux médicaments 2025-2035 » en 2023.

En plus des antibiotiques, il existe dans la nature des bactéricides naturels.

Les scientifiques recherchent également activement des solutions microbiennes issues de micro-organismes. Les bactériophages (phages en abrégé) sont un type de virus qui mange spécifiquement les bactéries et sont des bactéricides naturels.

Le premier découvreur des bactériophages fut le Dr Federick William Twort du Royaume-Uni. Il a observé qu'il y avait des substances mystérieuses dans la boîte de culture qui pouvaient tuer Staphylococcus aureus, alors il a audacieusement spéculé qu'il pourrait s'agir de virus ou d'autres organismes qui mangeaient ces bactéries.

Il publia ses découvertes en 1915, mais elles attirèrent peu d’attention.

En 1917, le scientifique français Félix d’Hérelle a également observé ces substances mystérieuses qui pouvaient tuer les bactéries. Il a observé que certaines formes de vie formaient des « taches transparentes » sur les milieux de culture bactérienne en tuant les bactéries. Il a donc nommé ces formes de vie « bactériophages » et a commencé à utiliser les bactériophages pour traiter les infections bactériennes humaines avec beaucoup de succès.

Il a également été nominé à plusieurs reprises pour le prix Nobel, mais malheureusement, il n'a pas remporté le prix au final.

Les 20 années suivantes ont marqué le premier petit essor de la recherche sur les phages, les chercheurs et les cliniciens s'engageant rapidement dans la recherche sur les traitements par phages pour les infections bactériennes. À une époque où les antibiotiques étaient plus précieux que l’or, les bactériophages étaient couramment utilisés comme médicaments thérapeutiques antibactériens.

Les bactériophages, comme ce phage simulé par ordinateur, peuvent éliminer les infections d'une manière que les antibiotiques ne peuvent parfois pas faire.

(Source de l'image : https://www.popsci.com/health/antibiotic-resistance-phage-therapy/)

À l’ère des antibiotiques, l’application des bactériophages est limitée en raison de leur spécificité . Car pour tuer des micro-organismes cibles spécifiques, des phages spécifiques sont nécessaires, ce qui équivaut à une clé ouvrant une serrure. Si le bon phage n’est pas trouvé, il sera difficile de traiter l’infection bactérienne correspondante. Trouver des phages appropriés prend du temps et coûte cher, ce qui fait que la phagothérapie est progressivement ignorée.

Alors que le problème de la résistance aux antibiotiques devient de plus en plus grave, les bactériophages suscitent une attention renouvelée.

L'un des cas les plus sensationnels est celui du professeur Tom Patterson de l'Université de Californie, aux États-Unis, qui a malheureusement été infecté par la « super bactérie » Acinetobacter baumannii lors d'un voyage en Égypte en 2020. Tous les médicaments n’ont pas pu contrôler l’infection systémique grave. Son épouse Steffanie Strathdee, directrice de l'Institut mondial de santé de l'Université de Californie à San Diego et épidémiologiste des maladies infectieuses, a réussi à guérir l'infection de son mari en utilisant des bactériophages, « l'ennemi naturel » des bactéries. Cette affaire a favorisé le développement de la phagothérapie.

Pour une application plus large, des phages progressivement conçus

Comme nous l’avons mentionné précédemment, la spécificité du phage est une arme à double tranchant. Tout en garantissant la spécificité de l'hôte du phage, il limite également la gamme d'hôtes du phage. Alors, est-il possible de donner aux bactériophages la capacité de reconnaître différents types d’hôtes grâce à une conception artificielle ?

Si cela peut être réalisé, nous pouvons faire en sorte que le phage attaque partout où nous le pointons !

Ce qui est passionnant, c’est que nous avons désormais un certain contrôle sur cette technologie. Les scientifiques appellent ces phages modifiés « phages modifiés ».

Les scientifiques ont génétiquement modifié des bactériophages pour que les phages construits aient des fonctions plus diverses, comme la modification de la gamme d'hôtes des phages ou l'amélioration de leurs effets antibactériens. C’est comme donner aux phages une arme plus puissante, leur permettant de mieux tuer les bactéries.

L'Institut de microbiologie de l'Académie chinoise des sciences, où je travaille, a mis en place un groupe de recherche spécial sur la résistance aux agents pathogènes et le contrôle des bactériophages pour mener des recherches dans cette direction.

L'équipe que je dirige se concentre sur la résistance aux médicaments des agents pathogènes et le contrôle des phages. Nous étudions les mécanismes de résistance aux médicaments, les nouveaux gènes de résistance aux médicaments et leur propagation, dans le but de fournir une base théorique pour contrôler la résistance bactérienne . Parallèlement, nous explorons les bactériophages capables d’éliminer les bactéries multirésistantes et de révéler leurs interactions avec les agents pathogènes afin de trouver de nouvelles stratégies de prévention et de contrôle.

L'équipe de Wu Linhuan s'engage dans l'extraction et l'utilisation des données du génome microbien, dans le but d'améliorer l'efficacité du développement des ressources microbiennes et de promouvoir le développement de la biologie synthétique. Afin de résoudre le problème de la résistance bactérienne, les deux groupes de recherche se sont entendus et ont utilisé des stratégies de biologie synthétique pour transformer les bactériophages afin que les phages puissent tuer différentes bactéries.

La phagothérapie est une nouvelle voie dans la lutte contre la résistance bactérienne. Dans ce processus, les protéines de liaison aux récepteurs (RBP) jouent un rôle clé. Vous pouvez le considérer comme la « clé de la porte » du phage. Il est situé à la queue du phage et reconnaît et se lie aux récepteurs à la surface des bactéries comme les anticorps. Il s’agit de la première étape cruciale pour que le phage puisse infecter avec succès les bactéries.

Pour résoudre le problème de la résistance aux médicaments, notre équipe de recherche scientifique a isolé 114 bactériophages à partir d’échantillons d’eaux usées provenant de différentes régions et a testé leurs effets de lyse sur 238 souches de Klebsiella pneumoniae. En étudiant la gamme d’hôtes et le génome de ces phages, nous avons trouvé des protéines de liaison aux récepteurs pour différents types de Klebsiella pneumoniae. C'est comme si nous avions construit un « arsenal » capable de sélectionner les armes appropriées pour différentes bactéries.

Cependant, il existe de nombreux types de phages différents et il n’existe pas de norme parfaite pour les évaluer. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont intelligemment sélectionné un bactériophage comme châssis universel, lui permettant de transporter des protéines de liaison aux récepteurs de différents agents pathogènes et de les tuer.

Après des tests et une vérification expérimentale, il a été démontré que la gamme d'hôtes de ces phages modifiés était cohérente avec leurs protéines de liaison aux récepteurs et qu'ils démontraient également la capacité de lyser les souches cliniques. De cette façon, nos chercheurs scientifiques peuvent personnaliser les phages modifiés pour différents agents pathogènes et mettre en œuvre une élimination précise.

Par exemple, les systèmes d’administration de médicaments personnalisés permettent aux chercheurs de concevoir des phages pour transporter des antibiotiques ou d’autres médicaments et les libérer vers des bactéries spécifiques. Par exemple, les bactériophages sont conçus pour transporter des antibiotiques et cibler précisément les sites d’infection des bactéries résistantes aux médicaments, libérant les médicaments au bon moment et au bon endroit. Cette méthode peut réduire considérablement les effets secondaires des médicaments et améliorer les effets du traitement correspondant.

Un autre exemple est la surveillance environnementale et les biocapteurs . Les phages modifiés peuvent être modifiés pour briller ou changer de couleur dans les environnements où vivent des bactéries spécifiques. En ajoutant ce type de phage à un échantillon d'eau, si des bactéries spécifiques sont présentes dans l'eau, le phage infectera et lysera ces bactéries, produisant ainsi un signal visible (tel qu'une luminescence ou un changement de couleur) dans l'échantillon d'eau, qui peut être utilisé pour détecter rapidement une contamination bactérienne de la qualité de l'eau. Cela présente une valeur d’application importante dans le domaine de la santé publique et de la surveillance environnementale.

Conclusion

La nouvelle méthode développée par notre équipe simplifie le processus de développement de thérapies par phages synthétiques et fournit une plate-forme standardisée pour aider les chercheurs à concevoir rapidement des phages adaptés à des bactéries spécifiques. Cela signifie qu’à l’avenir, nous pourrons lutter plus efficacement et plus précisément contre diverses bactéries résistantes aux médicaments. De plus, cette plateforme standardisée contribuera à normaliser le processus réglementaire et à garantir la sécurité et l’efficacité, ouvrant ainsi la voie à une application généralisée de la phagothérapie.

Ensuite, notre équipe mènera des enquêtes et des analyses épidémiologiques sur divers agents pathogènes répandus dans le monde, résumera et conclura la prévalence des agents pathogènes dans diverses régions et évaluera les tendances de développement des agents pathogènes pour fournir des informations efficaces pour l'expansion de la phagothérapie de précision. Étant donné que les bactéries réagiront également en contre-attaquant les phages et résisteront aux effets destructeurs des phages, nous rendrons le châssis des phages plus sûr et plus efficace grâce à une conception et une modification raisonnables, et lui permettra de transporter des armes plus puissantes pour traiter les infections causées par des agents pathogènes.