Récemment, les bactériocines, des peptides antimicrobiens synthétiques produits par des bactériophages (phages), sont en cours de développement comme antimicrobiens de précision. Cet agent antimicrobien cible des hydrolases spécifiques de la paroi cellulaire, telles que les endolysines dérivées de phages, pour leur fonction particulière.
Une récente Communication Nature Une étude a démontré comment le phage peut être modifié pour produire des bactériocines et des hydrolases de la paroi cellulaire en tant que gènes effecteurs antimicrobiens. Par conséquent, un phage modifié pourrait être utilisé pour développer des thérapies de phage effecteur hétérologue (HEPT).
Étude: Améliorer la thérapeutique des bactériophages par la production et la libération in situ d’effecteurs antimicrobiens hétérologues. Crédit d’image : MattL_Images/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Actuellement, le traitement le plus efficace contre les infections bactériennes consiste en des antibiotiques à petites molécules qui ciblent un large éventail de bactéries pathogènes.
L’émergence et la transmission mondiales de la résistance aux antimicrobiens (RAM) soulignent la nécessité de nouveaux traitements antimicrobiens spécifiques aux agents pathogènes. Ce type d’intervention préviendra également la dysbiose du microbiome induite par les antibiotiques.
Les phages sont importants en thérapeutique en raison de leur spécificité pathogène, de leur ubiquité et de leur capacité d’auto-réplication. Même si l’élimination des bactéries hôtes par les phages est principalement indépendante du profil de résistance aux médicaments de l’hôte, ce traitement échoue souvent à éliminer toutes les cellules bactériennes ciblées.
Cette lacune des phages pourrait être due à un mécanisme de résistance inconnu ou à une tolérance aux phages, qui pourrait être développée pour contrer la prédation virale.
Des études antérieures ont identifié plusieurs mécanismes associés à la résistance ou à la tolérance aux phages, notamment la production de matrices extracellulaires, l’immunité CRISPR-Cas adaptative, la mutation ou l’expression réduite des récepteurs des phages, les systèmes de restriction/modification et les systèmes d’infection abortive.
Les progrès de la biologie synthétique et de la technologie CRISPR-Cas ont permis la modification des génomes des phages au-delà des phages modèles courants, tels que T4, T7 ou lambda.
Le génie génétique a créé des antimicrobiens spécifiques à la séquence via l’administration de modules CRISPR-Cas programmés, médiés par les phages et spécifiques aux agents pathogènes.
Grâce à la modification dirigée de la protéine de liaison au récepteur, la phase modifiée est conçue pour adapter le tropisme du phage. Le phage modifié est également utilisé pour délivrer des protéines toxiques en tant que charges utiles génétiques et est utilisé dans les diagnostics.
Les infections des voies urinaires (IVU) sont parmi les affections microbiennes les plus courantes affectant tous les groupes d’âge. C’est un problème majeur de santé publique, qui représente plus de 2,8 milliards de dollars américains par an.
Bien que l’agent causal le plus courant des infections urinaires soit Escherichia coli, un large spectre de Gram-positifs, Gram-négatifs et de champignons provoque également des infections urinaires.
À propos de l’étude
Cette étude a utilisé les infections urinaires comme modèle pour démontrer comment les HEPT peuvent fonctionner comme des antimicrobiens de précision contre les agents pathogènes des infections urinaires. Cette étude a révélé que les HEPT suppriment la résistance et améliorent la destruction des uropathogènes grâce à un double ciblage médié par les phages et les effecteurs.
L’étude actuelle a analysé 339 isolats obtenus à partir de 227 incidents d’infection urinaire à Zurich, en Suisse, en 2020. Un total de 25 espèces bactériennes différentes ont été identifiées. Parmi ceux-ci, les trois principaux uropathogènes les plus abondants étaient E. coli, Enterococcus faecaliset Klebsiella pneumoniae.
Résultats de l’étude
Dans cette étude, les HEPT ont été construits à l’aide de cinq phages lytiques distincts qui ciblent les uropathogènes, à savoir, E. coli (phages E2 et CM001), E. faecalis (phages EfS3 et EfS7) et K. pneumoniae (phage K1).
Pour les uropathogènes à Gram négatif, quatre bactériocines de type colicine (CLB) ont été sélectionnées comme effecteurs. Ceux-ci étaient actifs contre E. coli et K. pneumoniae. Pour E. faecalisqui est un uropathogène Gram-positif, une hydrolase de paroi cellulaire chimère dérivée de phage (EC300) a été utilisée pour reconnaître et perturber les parois cellulaires bactériennes avec une spécificité élevée.
Tous les gènes effecteurs ont été génétiquement optimisés pour cibler des agents pathogènes spécifiques, et ceux-ci ont été incorporés dans le génome du phage.
Un total de 14 HEPT ont été construits sur la base de cinq échafaudages de phages distincts comprenant cinq gènes de charge utile différents. Ces candidats HEPT ont été développés à l’aide de l’ingénierie assistée par CRISPR-Cas9 ou en redémarrant des génomes synthétiques dans des hôtes de substitution appropriés.
Afin d’éviter les coûts de toxicité et de remise en forme, des HEPT codant pour le CLB ont été construits et amplifiés sur la base des protéines d’immunité respectives à la bactériocine.
Toutes les protéines effectrices développées étaient actives contre un large spectre d’isolats dérivés de l’urine, en particulier les espèces cibles, avec des niveaux d’efficacité variables. Les résultats expérimentaux ont indiqué que les HEPT développés agissaient comme des antimicrobiens de précision efficaces.
Ce rôle a été démontré sur la base de leur activité de destruction spécifique des pathogènes des bactériophages avec production et libération in situ d’effecteurs antimicrobiens secondaires. Ce mécanisme a permis la suppression des sous-populations résistantes aux phages.
De plus, un seul cocktail HEPT ou HEPT pourrait être utilisé pour contrôler les pathogènes bactériens entre les genres. Comparé au phage de type sauvage, un HEPT producteur de colicine E7 a montré un contrôle supérieur du patient E. coli bactériurie.
conclusion
L’étude actuelle s’est concentrée sur le développement de HEPT en tant qu’agent antimicrobien de précision contre les agents pathogènes des infections urinaires. Notamment, les HEPT offraient de nombreux avantages conformément aux perspectives développementales, thérapeutiques et translationnelles.
Ici, les HEPT nouvellement développés pourraient supprimer la résistance et améliorer la destruction des uropathogènes via un double ciblage médié par les phages et les effecteurs. Les HEPT ont été conçus pour contrôler les communautés d’uropathogènes polymicrobiens en produisant des effecteurs ayant une activité inter-genre.
Cette étude a mis en évidence l’importance des phages avec des effecteurs hétérologues pour un traitement efficace des infections urinaires. Cette approche pourrait être un outil polyvalent pour améliorer et adapter les antimicrobiens de précision à base de phages.
