Face aux infections multirésistantes, le retour des phages, ces virus tueurs de bactéries

Dans le Laboratoire de technologie cellulaire et moléculaire (LabMCT) de l’hôpital militaire Reine-Astrid de Bruxelles, associé à l’un des plus importants services des grands brûlés d’Europe, Maia Merabishvili présente une série de tubes à essai contenant une solution liquide de couleur jaunâtre. « Ici, la bactérie a été placée en présence de la préparation de phages non diluée », décrit la biologiste géorgienne formée à l’Institut George-Eliava, à Tbilissi, en désignant le premier tube, dont le contenu est translucide.

« Dans le tube suivant, cette préparation a été diluée dix fois, et ainsi de suite de tube en tube. On évalue à partir de quelle dilution le phage perd son pouvoir de destruction des bactéries », détaille-t-elle en extrayant un des tubes dont le contenu s’est opacifié en raison de la croissance bactérienne.

Les phages ? Ces virus qui infectent les bactéries, et pas les cellules humaines, ont été utilisés en thérapeutique (phagothérapie) dans les pays occidentaux d’abord contre la dysenterie puis contre certaines infections jusque dans les années 1940, avant d’être délaissés au profit des antibiotiques. Le recours à la phagothérapie a cependant été conservé dans les pays de l’ancien bloc soviétique, notamment en Géorgie et en Pologne, devenues des références pour la caractérisation des phages.

Potentiel thérapeutique

« La technique utilisée par Maia Merabishvili est héritée du temps de Félix d’Hérelle [microbiologiste français, 1873-1949], considéré comme l’inventeur de la phagothérapie. Il est important de l’intégrer aux savoir-faire que nous développons », complète le biologiste Jean-Paul Pirnay, qui dirige le LabMCT. « Mais nous avons aussi besoin de techniques modernes de séquençage et d’automatisation pour caractériser les mécanismes moléculaires par lesquels les phages et les bactéries coévoluent et pour ajuster leurs interactions afin de tirer le meilleur parti de leur potentiel thérapeutique, y compris de leurs synergies avec les antibiotiques », soutient-il.

Dans la pièce mitoyenne, dans l’incubateur automatisé dont le laboratoire vient de s’équiper, différentes combinaisons entre bactéries, bactériophages et antibiotiques sont testées pour chaque cas d’infection multirésistante touchant un patient du service des grands brûlés de Bruxelles ou d’un autre hôpital confronté à une même impasse thérapeutique. Une caméra produit tous les quarts d’heure une image de la culture, dont est déduite une donnée sur le niveau d’inhibition de croissance bactérienne. De quoi générer une courbe pour chaque combinaison. « A partir de ces courbes, nous déduisons notamment la vitesse de croissance de la bactérie, le temps de latence indiquant la durée pendant laquelle cette croissance est inhibée et le moment auquel émerge une souche résistante », détaille avec conviction Maia Merabishvili, en désignant les courbes sur l’écran d’un ordinateur.

Pour l’équipe bruxelloise, il ne s’agit pas seulement de réhabiliter la phagothérapie en tant que telle, mais également de réfléchir à une utilisation raisonnée des phages, dans un contexte de montée en puissance des résistances aux antibiotiques. « L’enjeu n’est pas d’écarter les antibiotiques et de les remplacer par les phages. Certains bactériophages peuvent sélectionner des souches bactériennes sensibles aux antibiotiques au sein de l’ensemble de celles en cause dans une infection multirésistante et restaurer ainsi l’efficacité des antibiotiques », insiste Jean-Paul Pirnay, qui a fait imprimer sur un tee-shirt l’inscription « Make antibiotics great again » (« Rendre aux antibiotiques leur grandeur »), reprenant les propos d’une collègue américaine, en référence ironique au slogan de Donald Trump « Make America great again ».

Les phages coévoluent avec les bactéries, qui développent des défenses pour leur échapper, tandis qu’ils s’adaptent en retour afin de maintenir leur pouvoir infectieux

Selon une étude publiée dans The Lancet en janvier 2022, les résistances aux antibiotiques auraient causé 1,27 million de décès dans le monde en 2019, et ce chiffre pourrait atteindre 10 millions en 2050. Six espèces bactériennes sont principalement en cause : Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Streptococcus pneumoniae, Acinetobacter baumannii et Pseudomonas aeruginosa, impliquées dans toutes sortes d’infections. Si les pays à faibles et à moyens revenus sont les premiers concernés, les pays riches ne sont pas pour autant épargnés. En témoignent les situations d’infections bactériennes contre lesquelles plus aucun antibiotique n’est efficace, menaçant la survie du patient dans certains services hospitaliers. C’est le cas pour les infections cutanées multirésistantes à P. aeruginosa chez les personnes atteintes de brûlures sévères, pour les infections pulmonaires multirésistantes à K. pneumoniae chez des personnes atteintes de mucoviscidose, ou encore les infections ostéo-articulaires complexes qui se développent à l’interface entre l’os et une prothèse de hanche ou de genou et peuvent parfois conduire à l’amputation.

Face à ces situations extrêmes, les phagothérapies nourrissent les espoirs… et font poindre de nouvelles questions. Comment éviter l’usage massif qui a mené au phénomène d’antibiorésistance ? Comment le monde académique et le monde industriel peuvent-ils concilier leurs enjeux et articuler leurs efforts ? La réintroduction des phages impose une réflexion sur le cadre réglementaire et le modèle de développement.

Les phages sont les plus anciens et les plus abondants organismes sur Terre, et leur nombre est estimé à 10³¹. On les trouve dans les océans, dans les eaux usées, dans les lacs, mais aussi dans le corps humain, où chaque jour 30 millions d’entre eux circuleraient pour réguler divers microbiomes. Depuis plus de trois milliards d’années, ils coévoluent avec les bactéries, qui développent des défenses pour leur échapper, tandis qu’ils s’adaptent en retour afin de maintenir leur pouvoir infectieux. On a pu ainsi distinguer deux mille génomes parmi les phages infectant une seule souche de Mycobacterium smegmatis. Ils ont été classés en trente types différents marqués par d’importantes variations génétiques.

Certains phages peuvent infecter un large spectre de bactéries incluant plusieurs espèces au sein d’un même genre, comme les vingt à trente phages couvrant S. aureus. D’autres sont très spécifiques : au moins trois cents phages sont par exemple nécessaires pour couvrir les isolats cliniques d’A. baumannii. On distingue également les phages lytiques, qui détruisent des bactéries infectées, des phages tempérés, dont le génome peut également s’intégrer au génome bactérien sans détruire leurs hôtes. La connaissance accrue de ces propriétés, acquise ces dernières années en particulier grâce à différentes techniques d’étude des génomes, permet de mieux comprendre les conditions de succès des phagothérapies.

Des cocktails de phages

Depuis plus de quatre-vingts ans, l’Institut George-Eliava produit en Géorgie des phages sous forme de cocktails, vendus librement en pharmacie pour traiter des infections bactériennes courantes telles que les infections urinaires, digestives ou les infections de l’appareil respiratoire supérieur. Ils font partie de la culture populaire, et leur efficacité était jusqu’à récemment mal définie. Or, le système occidental conditionne la mise sur le marché d’un médicament à la conduite d’études cliniques permettant d’évaluer avec précision son innocuité et son efficacité. Les autorisations sont délivrées par l’Agence européenne des médicaments ou par la Food and Drug Administration aux Etats-Unis.

S’inspirant du modèle géorgien, cliniciens et industriels occidentaux ont d’abord misé sur les cocktails de phages pour tenter de réintroduire les phagothérapies. La start-up française Pherecydes Pharma a ainsi été créée en 2006 pour développer des cocktails contre trois espèces bactériennes : S. aureus, P. aeruginosa et E. coli.

L’essai randomisé Phagoburn de phase I/II, mené entre 2015 et 2017, a obtenu des financements européens dans l’optique d’une validation des cocktails comme médicaments. Mais, réalisé en France et en Belgique avec un assemblage de douze phages chez vingt-sept patients atteints de plaies infectées par P. aeruginosa multirésistantes aux antibiotiques à la suite de brûlures sévères, cet essai a fait l’effet d’une douche froide. Chez trois patients sur dix, ces cocktails se sont révélés inefficaces. En cause, la stabilité des phages ainsi que leur spécificité, qui nécessite d’adapter la composition des phagothérapies à chaque cas d’infection. « Les cocktails de phages ne fonctionnent pas pour soigner ces infections sévères, affirme Jean-Paul Pirnay. Il faut sélectionner les phages actifs en laboratoire, les entraîner pour accroître leur efficacité et définir des combinaisons personnalisées à chaque patient, en association avec d’autres médicaments comme les antibiotiques. »

« Phagoburn n’était pas la bonne solution, car l’intérêt des cocktails dépend des espèces bactériennes », renchérit Grégory Resch, chercheur au laboratoire des bactériophages et de phagothérapie au centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV, Lausanne). « Pour certaines espèces comme S. aureus, les phages sont à large spectre et couvrent 75 % des souches, précise-t-il. Mais, pour d’autres bactéries comme Pseudomonas ou Klebsiella, il faut disposer d’un grand nombre de phages pour cibler 100 % des souches et élaborer des combinaisons sur mesure. »

La solution serait de développer des banques dans lesquelles seraient conservés les phages, afin de permettre de lancer des productions selon les besoins. Un marché de niche qui dissuade le privé, d’autant plus que cela nécessite un processus de purification complexe et coûteux.

« Je vois la phagothérapie se développer comme la thérapie cellulaire dans le cadre académique, car la production est difficile à standardiser » – Grégory Resch, chercheur au CHUV, Lausanne

« La purification des phages est un enjeu important », souligne Frédéric Laurent, responsable du volet production de PhageinLyon, programme qu’il porte depuis 2017 avec Tristan Ferry, à l’hôpital de la Croix-Rousse, et financé par la fondation des Hospices civils de Lyon pour développer la phagothérapie en France. « Pour obtenir des phages en grande quantité, il faut qu’ils se multiplient en infectant des bactéries. Une fois cette amplification obtenue, il faut séparer les phages des débris et des métabolites de bactérie de manière à obtenir un haut degré de purification pour leur usage thérapeutique, en particulier par voie intraveineuse », détaille-t-il. En Géorgie, ils sont essentiellement utilisés par voie orale ou par application cutanée, des modes moins exigeants en termes de purification.

« Je vois la phagothérapie se développer comme la thérapie cellulaire dans le cadre académique, car la production est difficile à standardiser, souligne Grégory Resch. En thérapie cellulaire, le milieu biologique dans lequel on peut faire pousser les cellules dépend de chaque patient, ce qui dissuade les industriels. » Pourtant, au CHUV, des pansements de peau personnalisés sont produits en faisant varier la composition des milieux de culture de cellules. Pour le chercheur suisse, il faudrait développer des centres nationaux de référence pour les patients en impasse thérapeutique face à la résistance aux antibiotiques.

L’hôpital militaire Reine-Astrid fournit ces thérapies sur mesure au centre des grands brûlés, mais également aux services hospitaliers qui en font la demande. Depuis 2008, quelque cent trente patients ont ainsi été traités dans trente-cinq hôpitaux répartis dans douze pays européens, dont le centre de référence des infections ostéo-articulaires complexes (Crioac) à l’hôpital de la Croix-Rousse à Lyon, pour des usages compassionnels accordés par l’Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé.

Les Etats-Unis renouent aussi avec les phagothérapies. L’infectiologue Steffanie Strathdee a créé, en 2018 à l’université de Californie à San Diego, le Centre pour les applications et les thérapies innovantes utilisant les phages (Ipath) à la suite de la guérison par phagothérapie de son mari, Tom Patterson, infecté par une bactérie de l’espèce A. baumanniimultirésistante lors d’un voyage en Egypte. Ce centre où sont produits des phages collabore avec une douzaine de services hospitaliers. Ainsi, 170 patients ont bénéficié d’un tel traitement en usage compassionnel outre-Atlantique.

Dans ces conditions, les études de cas se multiplient pour caractériser les conditions de réussite des phagothérapies personnalisées. Une publication du 18 janvier 2022 dans la revue Nature Communications rapporte par exemple que l’association d’un antibiotique et d’un phage a permis le contrôle d’une infection osseuse par une bactérie multirésistante qui perdurait depuis plus de sept cents jours chez une femme blessée lors de l’attentat de l’aéroport de Bruxelles, en mars 2016.

Les risques d’un usage massif

La multiplication de ces signaux positifs encourage les investissements dans les phagothérapies. Au Crioac de la Croix-Rousse, où quarante-six patients ont vu leur infection toujours sous contrôle deux ans après le début du traitement, le programme PhageinLyon se développe. En 2021, l’Agence nationale de la recherche lui a accordé un financement de 2,85 millions d’euros pour la production hospitalière de phages, avec, en ligne de mire, la création d’un Institut français du phage, apte à fournir les hôpitaux français. Au laboratoire des bactériophages et de phagothérapie qui a ouvert en mars 2021 au sein du CHUV de Lausanne, une banque de cent phages dirigés contre P. aeruginosa a été constituée pour traiter les infections respiratoires multirésistantes chez les patients atteints de mucoviscidose.

« Je suis plus optimiste maintenant que je ne l’étais il y a un an, et je serais surpris si les phages n’étaient pas utilisés en pratique clinique dans les prochaines années. Il faut apprendre comment utiliser les phagothérapies et nous avons besoin des essais cliniques pour cela, mais je n’ai aucun doute sur le fait qu’elles vont trouver leur place en médecine », assure Robert Schooley, qui codirige le centre américain Ipath. La recherche clinique s’accélère partout : vingt-neuf essais ont été lancés dans le monde au cours des deux dernières années alors que seulement quinze avaient été recensés pendant les vingt précédentes. Ils concernent des infections variées, de la peau, ostéo-articulaires, urinaires ou encore dans le cadre d’une mucoviscidose.

Si le monde académique entend rester le maître d’œuvre de ce retour en grâce, les entreprises de biotechnologie misent de leur côté sur les cocktails de phages, qui permettrait une production à grande échelle sous forme de médicaments. La société Pherecydes Pharma a ainsi lancé en 2022 un nouvel essai clinique de phase II nommé PhagoDAIR, misant sur la complémentarité entre les cocktails et les phagothérapies sur mesure. Elle prévoit d’enrôler progressivement soixante-quatre patients dans différents hôpitaux en France, aux Pays-Bas, en Espagne et en Allemagne et d’administrer un cocktail de phages après la réalisation d’un phagogramme destiné à vérifier son efficacité chez chaque patient.

« L’idée est d’avoir un cocktail de base de trois ou quatre phages pouvant être adapté progressivement pour couvrir 90 % des infections résistantes aux antibiotiques que l’on peut éventuellement entraîner de manière à renforcer leur efficacité », défend son PDG Didier Hoch. « Il y a une complémentarité entre une approche réglementaire standardisée, qui permet de couvrir l’essentiel des demandes, et des demandes plus rares pour des patients échappant à cette première cible », poursuit-il. Selon lui, le modèle du médicament devrait ainsi pouvoir s’imposer tout en laissant une place aux traitements d’origine hospitalière.

« L’enjeu est de répondre à la problématique clinique en trouvant le phage actif parmi les phages disponibles, qu’ils proviennent de l’industrie ou de la production publique, et de définir la voie d’administration adéquate, intraveineuse ou en application locale, ainsi que le nombre de doses permettant de contrôler l’infection », complète Tristan Ferry, du Crioac. Dans sa pratique clinique, il utilise les cocktails de phages produits par Pherecydes lorsque le phagogramme confirme leur efficacité.

Autre avantage de ces cocktails, ils sont disponibles. Ils peuvent ainsi se substituer aux thérapies personnalisées dont le délai de mise en place risque de compromettre la survie du malade. Mais de nombreux spécialistes alertent sur les risques d’un usage massif si ce modèle parvenait à s’imposer. « Je ne suis pas fondamentalement contre les cocktails utilisés à petite échelle et dans un cadre délimité, en cas par exemple d’épidémies bactériennes dues à une souche bien identifiée. Mais, selon moi, le problème réside dans la massification des traitements en apportant des solutions universelles à des situations singulières », alerte l’anthropologue des sciences et de la santé du centre Emile-Durkheim à Bordeaux,Charlotte Brives, qui enquête depuis plusieurs années sur les phagothérapies. Une production académique aurait sa préférence. « Si on utilise massivement les cocktails de phages, on risque de répéter les erreurs commises avec l’utilisation des antibiotiques », conclut Grégory Resch.