Dans une récente revue publiée dans Celluleles chercheurs ont présenté un aperçu du traitement bactériophage, y compris les mécanismes, les types, la conception et les applications de la thérapie bactériophage.
La résistance aux antimicrobiens (RAM) a été associée à une morbidité et une mortalité importantes dans le monde, en particulier dans les pays à faible revenu, et l’incidence de la RAM a augmenté en période de pandémie de coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2). L’augmentation continue des cas de RAM a relancé la recherche sur les substituts, une voie prometteuse étant le traitement par bactériophages.
À propos de l’examen
Dans la présente revue, les chercheurs ont présenté un aperçu de la thérapie bactériophage, y compris les mécanismes, la conception et les applications.
Introduction à la biologie des bactériophages
Les bactériophages (dérivé du grec, signifiant « mangeur de bactéries ») sont des prédateurs bactériens naturels qui ont évolué simultanément avec des organismes bactériens pendant des milliards d’années. Initialement utilisée par Félix d’Hérelle en 1917 pour traiter la dysenterie bactérienne chez les enfants, la thérapie bactériophage a été largement utilisée pour traiter les infections causées par des bactéries chez les animaux et les humains, avant l’utilisation de la pénicilline.
Les bactériophages sont des virus qui se répliquent au sein de l’hôte, ont des génomes de petite taille, utilisent largement la machinerie de l’hôte pour proliférer et sont spécifiques aux cellules hôtes. Les bactériophages exigent que les bactéries expriment des molécules particulières sur la surface à laquelle le bactériophage se lie et qui n’induisent pas de défenses de l’hôte qui pourraient inactiver le bactériophage après son entrée.
La morphologie de virion la plus couramment observée comprend des bactériophages à queue d’acide désoxyribonucléique double brin (ADNdb), dans lesquels l’acide désoxyribonucléique est situé dans la tête ou la capside qui est reliée à la queue. L’infection commence par la connexion de l’extrémité arrière à la paroi cellulaire de la bactérie et l’insertion génomique de la tête/capside dans le cytoplasme via la membrane cellulaire. La tête et la queue protéiques ne pénètrent pas dans les cellules.
La majorité des bactériophages sont soit tempérés soit lytiques. Le type lytique des phages tue un pourcentage très élevé de cellules bactériennes qu’ils infectent et sont donc utilisés comme thérapeutiques. Dans le cas d’une infection, le type lytique des bactériophages poursuit un programme de développement qui implique l’expression génique dans le phage initial, la réplication génomique, l’expression tardive de la structure du virion bactériolytique et l’assemblage des gènes, l’assemblage des particules emballées et enfin la lyse des bactéries. Les phages sont génomiquement très diversifiés et les génomes des phages sont étroitement emballés avec des gènes codant pour les protéines et / ou l’acide ribonucléique (ARN) qui se chevauchent et sont remplis de petits gènes UKF (fonction inconnue).
Les génomes des bactériophages sont des mosaïques omniprésentes, avec des gènes uniques (ou des sous-ensembles de gènes) dans différents contextes génomiques dans des bactériophages autrement non apparentés. Les bactériophages thérapeutiques comprennent les bactériophages, Muddy et Maestro, utilisés pour traiter les infections par Mycobactérie abscessus infections et Acinetobacter baumanniirespectivement.
Conception et applications de la thérapie bactériophage
Les phages peuvent exister naturellement ou être génétiquement modifiés. Les phages environnementaux ou naturels peuvent être trouvés dans des endroits où leurs hôtes bactériens sont présents, y compris les lacs, les océans, les animaux, les plantes et le sol. Les phages peuvent être génétiquement modifiés pour permettre l’arrangement programmé et fonctionnel des particules de bactériophage pour une plus grande pénétrance des biofilms, ciblant les pathogènes intracellulaires ou améliorant les propriétés pharmacodynamiques et/ou pharmacocinétiques.
L’ingénierie du génome des phages implique la construction de phages modifiés et la récupération de la descendance souhaitée à partir du pool de souches parentérales. Des techniques d’ingénierie génomique homologues sont utilisées in vivo avec la contre-sélection basée sur le système CRISPR (répétition palindromique courte régulièrement espacée)-Cas (protéine associée à CRISPR). La technique de recombinaison génétique homologue consiste à recombiner l’ADN du phage avec la zone homologue sur l’acide désoxyribonucléique plasmidique. Invivo le génie génétique des phages consiste à recombiner le génome du phage et les produits électroporés de l’analyse de la réaction en chaîne par polymérase (PCR) avec des bras homologues.
La technique BRED (bacteriophage recombineering of electroporated DNA) consiste à recombiner l’acide désoxyribonucléique de phage co-électroporé et les produits d’analyse PCR avec des bras homologues. Par la suite, la contre-sélection des nucléases d’acide ribonucléique guidées par l’ARN (Cas13) ou des nucléases d’acide désoxyribonucléique guidées par l’ARN (Cas9,12) est appliquée pour éliminer sélectivement les bactériophages non modifiés.
La construction de génomes synthétiques permet de construire des génomes par conception en combinant des fragments de génome de bactériophage amplifiés par analyse PCR et des oligonucléotides synthétiques. Les génomes de bactériophages synthétiques sont conjugués dans un vecteur par in vitro ou conjugaison à base de levure. Par la suite, les génomes conjugués sont « redémarrés » en utilisant des systèmes TXTL (transcription-traduction) sans cellule ou des bactéries appropriées.
Le traitement par bactériophage a été utilisé pour traiter les infections liées aux dispositifs implantés et les infections pulmonaires, suivies des prostatites, des brûlures, des endocardites, des infections intra-abdominales, des infections disséminées, des infections des voies urinaires, des ostéomyélites et des infections cutanées. Pour les humains, le phage peut être utilisé comme vecteur pour administrer des vaccins ou des thérapies, pour la biodéfense afin de détecter des agents pathogènes tels que Bacille anthracis ou alors Yersinia pestisla prophylaxie pendant les épidémies (p. ex., Vibrio choléra et Mycobacterium tuberculosis), et pour préparer les microbiomes.
Le phage peut également être utilisé dans le traitement vétérinaire des Salmonelle, E. coliet Campylobacter infections et pour remplacer les antibiotiques dans le bétail. Les applications environnementales comprennent la désinfection des eaux usées, la sécurité alimentaire et le remplacement des antibiotiques dans l’aquaculture et l’agriculture.
En conclusion, sur la base des résultats de la revue, la phagothérapie peut être une alternative efficace à l’antibiothérapie pour traiter les infections bactériennes. Les bactériophages thérapeutiques doivent être lytiques, tuer efficacement l’hôte bactérien et être entièrement caractérisés pour exclure les effets secondaires. La phagothérapie est généralement administrée par voie intraveineuse et considérée comme sûre ; cependant, les réponses immunologiques adaptatives au bactériophage peuvent compromettre l’efficacité thérapeutique.
