Legionella pneumophila (vert), bactérie responsable d’une maladie pulmonaire sévère aigue, au sein d’une cellule eucaoryote. Mitochondries en rouges,et noyau cellulaire en bleu. © Institut Pasteur.

Des chercheurs de l’Institut Pasteur, du CNRS et de l’Inserm, en collaboration avec une équipe suisse*, ont démontré que la bactérie Legionella pneumophila, agent de la légionellose, survit au sein des cellules hôtes en ciblant spécifiquement leurs mitochondries. En fragmentant les mitochondries, L. pneumophila engendre une perturbation dans la chaîne respiratoire de la cellule, ce qui lui permet de se multiplier plus facilement en son sein. Ces résultats suggèrent qu’une stratégie thérapeutique visant à empêcher les dommages causés aux mitochondries pourrait contribuer à combattre les infections bactériennes dues à L. pneumophila. Cette étude a été publiée le 31 août sur le site de la revue Cell Host & Microbe.

Les pathogènes intracellulaires utilisent diverses stratégies pour contourner les défenses des cellules hôtes, et notamment des macrophages, afin de pouvoir proliférer en leur sein. Une de ces stratégies consiste à cibler les organites cellulaires tels que la mitochondrie. La principale fonction des mitochondries est de fournir de l’énergie à la cellule. Certaines bactéries, dont Legionella pneumophila, sont ainsi capables de modifier les fonctions mitochondriales pour les détourner à leur avantage.

La bactérie L. pneumophila est responsable de la légionellose, une maladie caractérisée par une infection pulmonaire aigue qui est souvent fatale si elle n’est pas traitée correctement. En France, entre 1200 et 1500 cas sont recensés chaque année avec un taux de mortalité de 5 à 15 %.

Des chercheurs de l’Institut Pasteur, du CNRS et de l’Inserm, en collaboration avec des scientifiques suisses*, ont découvert un mécanisme jusqu’alors inconnu, utilisé par L. pneumophila pour détourner les fonctions de la cellule hôte et causer ainsi le développement de la légionellose. La bactérie engendre une fragmentation de la mitochondrie, ce qui perturbe la production d’énergie et modifie, par effet domino, le métabolisme intracellulaire. Cela permet de créer un environnement local favorable à la réplication de la bactérie. Cette stratégie bactérienne a un impact important sur la virulence de L. pneumophila.

Les chercheurs ont ainsi identifié le mécanisme cellulaire suivant : L. pneumophila établit des contacts transitoires très dynamiques avec la mitochondrie de l’hôte et sécrète une enzyme appelée MitF. Cette enzyme induit une fragmentation de la mitochondrie grâce à l’activation de la protéine DNM1L. Par ce biais, et sans provoquer de mort cellulaire, la bactérie L. pneumophila perturbe la respiration mitochondriale, chaîne de réactions permettant une production d’énergie. Les changements induits par la bactérie dans la dynamique mitochondriale se traduisent par des modifcations physiologiques de la cellule hôte – cette cellule prend un phénotype de type Warburg, caractéristique des cellules cancéreuses. Elle devient alors plus permissive à la réplication de L. pneumophila.

Parallèlement, les chercheurs ont démontré que, lorsque les cellules hôtes sont préservées des dommages causés aux mitochondries, l’infection bactérienne est réduite. En effet, la réplication intracellulaire de L. pneumophila devient impossible lorsque les cellules humaines sont prétraitées par un candidat médicament inhibant les changements de morphologie mitochondriale.

Comme l’explique Carmen Buchrieser, cheffe d’équipe de l’unité de Biologie des bactéries intracellulaires de l’Institut Pasteur et du CNRS, « cette découverte est majeure, car elle permet de mettre en évidence une stratégie clé employée par L. pneumophila pour se répliquer dans les cellules. En ciblant les mitochondries, la bactérie assure un environnement favorable à sa prolifération dans la cellule hôte. Il est donc essentiel que les chercheurs ciblent aussi les changements métaboliques causés par les bactéries pathogènes, afin de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques contre la légionellose ainsi que d’autres pathologies liées aux bactéries intracellulaires ».

Cette étude met en lumière les mécanismes moléculaires employés par les bactéries pathogènes intracellulaires pour moduler la réponse métabolique des cellules hôtes lors d’une infection. Ces changements métaboliques jouent un rôle clé dans l’évolution des maladies comme la légionellose, car ils permettent aux bactéries de se répliquer au sein des cellules. Ce travail ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour le développement de stratégies thérapeutiques contre les maladies infectieuses, qui viseraient notamment à inhiber les changements métaboliques causés par les bactéries pathogènes.

*Les équipes et chercheurs impliqués sont : Carmen Buchrieser, cheffe d’équipe de l’unité de biologie des bactéries intracellulaires (Institut Pasteur/CNRS), Hubert Hilbi de l’Université de Zürich en Suisse, Priscille Brodin au Centre d’infection et d’immunité de Lille (Institut Pasteur de Lille/CNRS/Inserm/Université de Lille), et Jean-Christophe Olivo-Marin, chef d’équipe de l’unité d’Analyse d’images biologiques (Institut Pasteur/CNRS).

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Les équipes des services de virologie, d’hématologie-greffe de moelle osseuse et de biostatistiques de l’hôpital Saint-Louis, AP-HP, de l’Université Paris Diderot, de l’Inserm, en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Californie à San Francisco (USA) ont découvert qu’un groupe de virus présents dans l’intestin peut déclencher l’apparition de la maladie du greffon contre l’hôte. L’analyse du « virome » intestinal, la population de virus retrouvés au niveau du tube digestif, chez 44 patients recevant une greffe de moelle osseuse a révélé son rôle dans la survenue de cette maladie.

Ces résultats sont parus dans une lettre publiée dans Nature Medicine.

La maladie du greffon contre l’hôte (GvH) touche jusqu’à 60% des patients après une greffe de cellules souches (greffe de moelle osseuse) avec un fort risque de mortalité. Bien que des études antérieures aient identifié des biomarqueurs associés à la sévérité de la maladie, aucun d’entre eux n’est encore utilisé en pratique pour prédire la survenue de la maladie du greffon.

Les chercheurs ont mené une étude longitudinale en analysant le virome intestinal de  44 patients avant la greffe de moelle osseuse puis jusqu’à six semaines suivant la greffe. En utilisant des techniques de métagénomique à haut débit, ils ont séquencé les ADN et ARN présents dans les échantillons de selles afin d’analyser et de comparer la dynamique au cours du temps des populations bactériennes et virales.

Les résultats montrent que la GvH est associée à des modifications significatives des populations de bactéries, de bactériophages (c’est-à-dire les virus qui infectent les bactéries) et de virus présents dans les selles.

Chez les patients présentant une GvH digestive, les virus à ADN persistants (Anelloviridae, Herpesviridae, et Polyomaviridae) sont absents du tube digestif les 2-3 premières semaines post-greffe et augmentent ensuite de manière significative. Ces virus sont en revanche présents de manière stable dès la greffe chez les patients sans GvH.

Les chercheurs ont révélé en particulier la présence d’un groupe de virus ARN, les picobirnavirus (PBV), chez plus d’un tiers des patients après transplantation de cellules souches. Contrairement aux autres virus, la présence des PBV est prédictive du développement de la GvH  et fortement corrélée aux biomarqueurs de gravité de la maladie du greffon contre l’hôte digestive.

Les outils de métagénomique ont permis l’identification des PBV jusqu’alors peu étudiés, leur extrême variabilité rendant difficile la mise au point d’un test permettant de les détecter. Ces virus ont été décrits dans des cas de gastroentérites intestinales, notamment chez des patients atteints de SIDA sans que leur rôle pathogène ne soit établi. L’utilité potentielle des PBV comme marqueur prédictif de la GvH relance l’intérêt de développer des outils adaptés à la pratique clinique.

Ces résultats améliorent l’état des connaissances sur cette maladie complexe, notamment sur le rôle des infections virales dans les maladies inflammatoires digestives, et laissent entrevoir de nouvelles perspectives thérapeutiques.

Coupe de testicule de nouveau-né de souris où l’on visualise les nombreux tubes séminifères en rouge avec autour les macrophages marqués en vert. La coupe est d’une épaisseur de 20µm. Image de microscopie confocale.

©Noushine Mossadegh-Keller et Sébastien Mailfert/CIML

Deux types de macrophages testiculaires viennent d’être caractérisés par des chercheurs du CNRS au Centre d’immunologie de Marseille-Luminy (CNRS/Inserm/Aix-Marseille Université). Une méthode de traçage cellulaire inédite leur a permis d’établir l’origine, le développement et les caractéristiques de ces cellules immunitaires. Cette découverte fondamentale, publiée le 7 août 2017 dans Journal of Experimental Medicine, est prometteuse pour comprendre certains cas d’infertilité chez les hommes et envisager de nouveaux traitements.

Dès le début de la vie de l’individu, le système immunitaire apprend à différencier les cellules appartenant à l’organisme – le soi – d’autres cellules potentiellement pathogènes. Cependant, les spermatozoïdes n’apparaissant qu’à la puberté, ils sont susceptibles d’être identifiés comme étrangers à l’organisme par certains acteurs du système immunitaire. Des cellules particulières de l’immunité, les macrophages testiculaires, sont alors mobilisées pour défendre les spermatozoïdes. En émettant des molécules spécifiques, ces gardiens de la fertilité empêchent d’autres acteurs du système immunitaire de pénétrer dans les testicules.

S’ils sont capables de s’infiltrer sur les sites infectieux pour phagocyter et détruire les agents pathogènes, les macrophages peuvent aussi moduler l’activité du système immunitaire pour protéger le bon fonctionnement et la régénération des organes. Ces cellules de l’immunité peuvent être d’origine embryonnaire ou se développer dans la moelle osseuse chez l’adulte. Grâce à des travaux réalisés chez la souris, l’équipe de Michael Sieweke au Centre d’immunologie de Marseille-Luminy (CNRS/Inserm/Aix Marseille Université) a pu déterminer le profil des deux types de macrophages testiculaires.

Le testicule est divisé en deux compartiments. Le premier type de macrophage testiculaire décrit par les chercheurs se trouve dans le compartiment interstitiel, qui comprend aussi les cellules productrices de testostérone. L’origine de ces macrophages est embryonnaire : ils sont donc présents dès le début de la vie de l’individu. Les macrophages péritubulaires sont eux situés dans le compartiment tubulaire, autour des tubes séminifères qui abritent les précurseurs des spermatozoïdes. Ces deux populations de macrophages présentent des marqueurs cellulaires différents.

En utilisant une nouvelle méthode de traçage cellulaire, les chercheurs ont pu suivre les macrophages péritubulaires provenant de la moelle osseuse jusque dans les testicules. Les résultats ont montré que ce type de macrophages n’apparaissait que deux semaines après la naissance des souriceaux, soit l’équivalent de la puberté chez l’homme. De façon surprenante, une fois établies dans les testicules, les deux populations de macrophages y restent toute leur vie. Les chercheurs s’attelleront prochainement à l’étude des liens entre macrophages, spermatozoïdes, et production de testostérone, ce qui pourrait permettre d’envisager de nouveaux traitements à certains cas d’infertilité masculine.

Bactéries (en vert) assaillies et détruites par des bactériophages (en violet). Cliché de microscopie électronique gracieusement fourni par M. Rohde and C. Rohde (Helmholtz Centre for Infection Research, Braunschweig/Leibniz Institute DSMZ, Braunschweig, Germany) et colorisé par Dwayne Roach (Institut Pasteur). © M. Rohde and C. Rohde.

Deux équipes de l’Institut Pasteur, en collaboration avec des chercheurs de l’Inserm et du Georgia Institute of Technology aux Etats-Unis, viennent de démontrer que, pour garantir la bonne efficacité d’une phagothérapie lors d’une infection bactérienne in vivo, l’action des bactériophages doit s’appuyer sur celle du système immunitaire de l’hôte. Cette synergie repose notamment sur l’action clé des cellules immunitaires neutrophiles. Cette découverte permet de mieux comprendre l’action thérapeutique des bactériophages dans le traitement de certaines infections bactériennes. Ces travaux sont publiés dans la revue Cell Host and Microbe le 12 Juillet 2017.

La phagothérapie repose sur l’utilisation de bactériophages (ou « phages ») pour traiter les infections bactériennes. Les phages sont des virus s’attaquant spécifiquement aux bactéries ; ils sont inoffensifs pour l’homme. Le recours à cette stratégie thérapeutique, conceptualisée il y a 100 ans, a connu un net recul dans le monde occidental, suite au développement des antibiotiques. Cependant, alors que le nombre d’infections causées par des bactéries résistantes aux antibiotiques augmente de façon alarmante, la phagothérapie connait actuellement un regain d’intérêt, notamment en Europe.

Jusqu’à présent, les données scientifiques n’étaient pas suffisantes pour comprendre le fonctionnement de la phagothérapie in vivo. En effet, la plupart des études menées in vitro avaient déjà prouvé que les phages tuent les bactéries qu’ils ciblent spécifiquement, mais aucune de ces études n’avait pu prendre en compte l’importance de la réaction de l’hôte face à cette activité.

Deux équipes de l’Institut Pasteur – le groupe Interactions bactériophages/bactéries chez l’animal de Laurent Debarbieux et l’unité Immunité innée dirigée par James Di Santo (Inserm U1223)  -, en collaboration avec l’équipe de Joshua Weitz au Georgia Institute of Technology (Atlanta, Etats-Unis), viennent de démontrer l’importance du statut immunitaire du patient dans les chances de réussite d’une phagothérapie. Pour ce faire, ils ont mené une double approche originale en combinant un modèle animal et une modélisation mathématique.

Afin d’évaluer l’efficacité d’un traitement par une seule espèce de phages, les chercheurs se sont penchés sur la bactérie Pseudomonas aeruginosa qui est impliquée dans des infections respiratoires comme les pneumonies. Cette bactérie, résistante aux carbapénèmes, les            « antibiotiques de la dernière chance », a été classée par l’OMS parmi les quatre plus menaçantes au niveau mondial pour des phénomènes de résistance aux antibiotiques.

Les chercheurs ont ainsi pu montrer que, chez les animaux avec un système immunitaire sain (dits « immunocompétents »), le traitement par phagothérapie est efficace. Le système immunitaire inné, rapidement mobilisable, et les phages agissent, dans un premier temps, en parallèle pour lutter contre l’infection. Puis, au bout de 24 à 48 heures, certaines bactéries deviennent naturellement résistantes aux phages qui ne peuvent plus assurer leur rôle. Le système immunitaire inné prend alors en charge la destruction de ces bactéries. Parmi les cellules immunitaires impliquées, les polynucléaires neutrophiles (des globules blancs provenant de la moelle osseuse) tiennent une place prépondérante.

Parallèlement, les simulations in silico ont permis de démontrer que la réponse innée doit assurer entre 20% et 50% de la destruction des bactéries afin que le traitement par phagothérapie soit efficace, et ce en l’absence ou bien en présence de phénomènes de résistance aux phages. Ainsi, sur le modèle étudié, les chercheurs ont prouvé qu’en aucun cas les phages seuls peuvent éradiquer une infection à P. aeruginosa.

Ces résultats sont d’autant plus importants qu’ils indiquent que les traitements par phagothérapie devraient prendre en compte le statut immunitaire des patients. Comme l’explique Laurent Debarbieux, « en termes de conséquences cliniques, il faudra probablement envisager la sélection des patients susceptibles de bénéficier d’un tel traitement. En effet, la phagothérapie pourrait ne pas être appropriée ou recommandée pour des personnes en situation d’immunodéficience sévère ».

Les chercheurs entendent maintenant décrypter précisément les voies immunitaires impliquées et les mécanismes sous-jacents. En parallèle, des essais cliniques sont en cours, notamment l’essai Phagoburn financé par le 7ème programme cadre de l’Union européenne, sur des infections cutanées chez de grands brûlés.