Faire sauter des biofilms avec des virus

Lorsque les bactéries s'associent dans des communautés collantes et résistantes aux médicaments appelées biofilms, il peut être presque impossible de les éradiquer à l'aide d'antibiotiques conventionnels. Communément présents sur les dispositifs médicaux tels que les cathéters, les biofilms peuvent provoquer des gingivites et des otites chroniques. Ils peuvent également causer des problèmes environnementaux et industriels, obstruant les conduites d'eau.

Biofilms de sablage : Des virus spécialement conçus (illustrés ci-dessus sous forme d'hexagones) brisent les communautés bactériennes appelées biofilms, qui peuvent obstruer les drains et provoquer des infections chroniques. Les virus produisent des enzymes (indiquées en rouge) qui dissolvent les glucides liant les bactéries entre elles. Les virus infectent également les cellules bactériennes (présentées sous forme d'ovales), les faisant éclater et mourir.

Les ingénieurs biomédicaux de l'Université de Boston ont conçu un nouveau moyen très efficace de disperser et de tuer les bactéries vivant dans les biofilms. Dirigé par un biologiste synthétique James Collins , l'équipe a conçu des virus qui attaquent les biofilms sur deux fronts : en tuant les bactéries qui y vivent et en dissolvant les glucides qui les maintiennent ensemble. Si de tels virus attaquant les bactéries s'avèrent sûrs pour une utilisation industrielle et clinique, explique Collins, les chercheurs pourraient développer des stocks de différents types de virus, chacun conçu pour attaquer un type différent de biofilm.

Collins a conçu un virus qui peut disperser plus de 99 pour cent des E. coli dans un biofilm modèle. Hélène Blackwell , chimiste à l'Université du Wisconsin-Madison, pense qu'il s'agit d'une énorme réussite : je n'ai rien vu d'aussi efficace que cette approche. Le virus modifié de Collins est décrit en ligne dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

Selon Collins, les bactéries vivant en commun dans les biofilms sont mille fois plus résistantes aux antibiotiques que les bactéries nageant librement. Ils sont protégés par un échafaudage glucidique collant appelé matrice. La matrice bloque les antibiotiques et les cellules du système immunitaire humain, et fournit même quelque chose comme un système circulatoire primitif pour les bactéries.

Dans quelques cas, y compris certaines otites chroniques chez les enfants et les infections pulmonaires chroniques chez les patients atteints de mucoviscidose, le tissu hébergeant un biofilm doit simplement être découpé. (Voir Biofilms à blâmer pour les infections chroniques de l'oreille.) De fortes doses d'antibiotiques peuvent généralement éradiquer ces infections, explique Blackwell. Mais elle note que l'on craint que les infections à biofilm résistant aux médicaments deviennent plus courantes et que l'utilisation d'antibiotiques semble induire la formation de biofilm.

Une chose que j'aime dans l'approche de [Collins], c'est qu'elle est à deux volets, dit Philippe Stewart , directeur de la Centre d'ingénierie des biofilms à l'Université d'État du Montana. Les [virus] tuent les bactéries, mais ils ciblent également la matrice du biofilm.

L'approche de Collins consiste à sélectionner un virus qui cible déjà les bactéries d'intérêt, telles que E. coli ou Staphylocoque . Ensuite, il introduit dans le virus un gène pour une enzyme qui dissout le principal composant glucidique de la matrice du biofilm protégeant les bactéries. Il existe des virus spécialisés pour infecter toutes les espèces bactériennes. Ces virus se répliquent à l'intérieur des cellules bactériennes, puis les éclatent, tuant les bactéries et se propagent à d'autres cellules bactériennes. Mais ils ne nuisent pas aux cellules animales ou aux bactéries autres que celles auxquelles ils sont destinés.

Les virus naturels peuvent attaquer les biofilms. Mais Collins a montré que donner à un virus un gène pour dissoudre la matrice augmentait l'efficacité du virus de 4,5 ordres de grandeur.

Le virus de preuve de concept de Collins est adapté à un type particulier de E. coli biofilm. Il existe de nombreuses espèces et souches de bactéries, dit-il, et un seul biofilm pourrait supporter plusieurs espèces et souches bactériennes. Dans une moindre mesure, il existe également une certaine diversité dans les composants de la matrice du biofilm. Cependant, Collins dit qu'en raison de la vitesse croissante et de la baisse du prix des technologies de séquençage et de synthèse d'ADN, il ne serait pas difficile de développer un virus adapté à chaque type de biofilm.

La technique virale de Collins semble surmonter certains des problèmes des techniques chimiques. Blackwell, qui conçoit de petites molécules pour perturber les voies de signalisation bactériennes qui maintiennent les biofilms, dit que la livraison de produits chimiques perturbant les biofilms tels que les enzymes a été un obstacle majeur. (Voir le profil TR35 Young Innovator de Blackwell.)

Des virus comme ceux développés par Collins sont utilisés depuis des décennies pour traiter les infections en Europe de l'Est et en Russie. Mais aucun n'a encore été approuvé pour une utilisation clinique aux États-Unis. Cependant, la FDA a approuvé un cocktail de virus à utiliser comme additif alimentaire.

Les risques de tels virus ne sont pas clairs, mais on craint qu'ils ne provoquent une réponse immunitaire dangereuse. L'une des raisons pour lesquelles ils n'ont peut-être pas été largement étudiés pour leur potentiel de traitement des infections, explique Collins, est que les antibiotiques ont été suffisants jusqu'à présent. Mais avec l'émergence de souches bactériennes multirésistantes dans les hôpitaux, un certain nombre d'entreprises se tournent vers les virus, dit-il.

Les virus sont susceptibles d'être homologués pour un usage industriel, pour lequel la réglementation n'est pas aussi stricte, avant d'être amenés en clinique. Pour les applications industrielles où vous ne les mettez pas dans le corps de quelqu'un, ces virus pourraient avoir un impact énorme sur le contrôle du biofilm dans des endroits comme les conduites d'eau et les drains, explique Blackwell.

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