Marion Foucher, Camille Marie, Jessica Quénard, Héléna Rousseau et Emilie Tribouillard
L’association de virus aux traitements pharmaceutiques peut nous faire penser à la vaccination. Pourtant la recherche se sert aujourd’hui de ces parasites anucléés intracellulaires pour développer d’autres méthodes thérapeutiques. Leurs propriétés invasives et lytiques en font des outils intéressant pour lutter contre des maladies infectieuses. Leur capacité à répliquer leur appareil génétique via les mécanismes cellulaires de l’hôte est également étudiée et pourrait servir à traiter des maladies génétiques. [1]
Cancer : guérir le mal par le mal ?
Depuis des décennies les chercheurs tentent de mettre au point de nouveaux traitements efficaces dans la lutte contre le cancer et les maladies génétiques. Pour y parvenir, leurs espoirs se tournent à présent vers les virus. Le principe étant de modifier génétiquement les virus pour enlever toute pathogénicité, puis d’y insérer de nouveaux gènes d’intérêt qui permettront de modifier les gènes des cellules du patient, soit en ciblant les cellules tumorales pour les infecter et les détruire, soit pour prévenir les maladies génétiques. En effet, les vecteurs viraux peuvent remplacer un gène défectueux, transmettre un nouveau gène thérapeutique, un transgène, ou bien procurer un ARN régulateur pour stopper l’expression d’un gène défaillant. Ainsi, on y trouve également un intérêt pour les maladies d’ordre génétique, comme le Parkinson.
Les principaux vecteurs viraux sont : rétrovirus, adénovirus et lentivirus. Ces derniers sont tous des virus modifiés, qui peuvent agir de différentes façons selon la pathologie que l’on veut traiter. Ces vecteurs sont de différentes natures. On retrouve tout d’abord les vecteurs non réplicatifs, qui ne se multiplient pas, une fois dans la cellule. Puis, les vecteurs intégratifs, qui intègrent leur ADN au génome de la cellule hôte. Et enfin, les vecteurs non intégratifs, qui transmettent un gène demeurant dans la cellule sans s’intégrer à son génome. Les virus intégratifs sont les plus adaptés lorsqu’on recherche un effet de longue durée et ils permettent de travailler sur les cellules souches. Les virus, avant d’être utilisés, sont préalablement modifiés pour les rendre inoffensifs et le plus invisible possible face aux défenses immunitaires de l’organisme. Afin d’éviter les potentiels effets secondaires, les chercheurs ont dû étudier précisément le fonctionnement de ces différents vecteurs viraux. Par exemple, en utilisant les rétrovirus (Cf. fig. 1), vecteurs intégratifs. Les spécialistes se sont rendu compte qu’ils étaient à l’origine de leucémies, causées par une insertion trop aléatoire du vecteur dans les cellules de l’hôte. On préfère donc désormais l’utilisation des lentivirus, un autre type de virus intégratifs. Ceux-ci s’intègrent de façon plus spécifique aux cellules cibles et ont l’avantage de pénétrer plus aisément les cellules qui ne se divisent pas, comme les neurones, ou les cellules cardiaques. Cependant, pour ce type de cellules, l’usage de vecteurs non intégratifs est tout aussi intéressant. Le gène transmis par ce type de vecteur s’exprime uniquement pendant la durée de vie de la cellule et disparaît avec elle. Pour ces vecteurs, on a de moins en moins recours aux adénovirus mais plutôt à des dérivés de virus adéno-associés (AAV) qui ont l’avantage d’être peu inflammatoires. [2]
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| Figure 1 Mécanisme d'action du rétrovirus |
Contrairement à la virothérapie oncolytique qui s’applique uniquement in vivo, la thérapie génique peut être réalisée ex vivo, selon la localisation des cellules que l’on vise. La voie ex vivo s’applique uniquement aux cellules que l’on peut prélever et réinsérer sans risque pour l’organisme. On peut par exemple prélever des cellules souches hématopoïétiques pour les traiter génétiquement puis les replacer dans la circulation sanguine où elles prolifèreront. En revanche, on ne peut reproduire cette technique pour les cellules cardiaques ou neuronales. Une intervention in vivo est donc requise via un traitement sous forme d’injection. La méthode optimale est bien sûr la méthode ex vivo puisqu’elle permet de cibler le traitement sur des cellules précises, tandis qu’in vivo il y a un risque de dissémination non maîtrisée du vecteur dans l’organisme.
La virothérapie : l’avenir de la lutte contre le cancer
Les premiers essais cliniques de virothérapie menés avec succès sur l’homme ont été réalisés en 2011 à partir du virus oncolytique JX-594. Les patients traités pour différents types de cancers ont bénéficié, pour plus de 50%, d’une amélioration notable de leur état et un allongement de leur durée de vie. Depuis lors, cette technique de traitement est plus largement étudiée pour s’adapter au mieux aux différents types de tumeurs.
JX-594 est un poxvirus oncolytique (« pox » signifiant pustules, il s’agit du nom représentatif des virus tels que la variole) aussi nommé Pexa-Vec, développé par la société Américaine Jennerex en association avec les sociétés Transgene S.A., Lee's Pharmaceutical Holdings Ltd. et Green Cross.[3] Le virus utilisé est un dérivé de la vaccine, modifié génétiquement. On y a inséré le gène GM-CSF (Granulocyte- macrophage colony-stimulating factor) qui code pour une protéine agissant comme une cytokine, ce qui va contribuer à déclencher une réponse immunitaire contre la tumeur. On a également supprimé le gène de la thymidine kinase, permettant ainsi au virus de cibler les cellules qui en possèdent un taux élevé, à savoir les cellules tumorales. [4] De plus, il pénètre plus facilement les tissus cancéreux que les tissus sains, car sa taille conséquente lui empêche de traverser les membranes vasculaires des tissus sains alors que les vaisseaux néoformés des tumeurs sont plus perméables, et donc plus faciles à franchir. Une fois entré dans la cellule, le virus va libérer son ADN double brin dans le cytoplasme où aura lieu la transcription, la traduction et la réplication de son génome. La réplication du virus va induire la lyse de la cellule tumorale ainsi qu’une réponse immunitaire qui accentue l’attaque sur la tumeur. [4]
Un autre procédé se développe en parallèle et a déjà fait ses preuves. En Chine par exemple, le Gendicine est accessible depuis 2004. Il contient un adénovirus vecteur du gène p53, suppresseur de tumeur responsable de carcinomes de la tête et du cou. Un autre médicament de ce type a été mis sur le marché en Europe en 2012, le Glybera, contenant des virus adéno-associés (AAV). Il est prescrit pour traiter le déficit familial en lipoprotéine lipase. [5] Ces médicaments appartiennent à un type de traitement que l’on nomme thérapie génique, qui a pour avantage de s’adresser également aux maladies génétiques.
La thérapie génique, un traitement prometteur
C’est dans les années 90 que la thérapie génique a montré son efficacité. Aux Etats-Unis, un patient souffrant d’un déficit en adénosine désaminase, provoquant une insuffisance immunitaire, a été soigné grâce à cette technique.
Par la suite en 2008, des essais de thérapie génique aboutissant à des résultats prometteurs, ont été menés par une équipe franco-britannique dont Stéphane Palfi, chercheur au service de neurochirurgie de l’hôpital Henri-Mondor à Créteil. Cette équipe, associée à la société de biotechnologie britannique Oxford BioMédica, travaille sur un traitement alternatif au traitement actuel de la maladie de Parkinson. [6]
La maladie de Parkinson est une pathologie qui provoque d’abord beaucoup de fatigue, puis, au fur et à mesure des tremblements accompagnés d’une rigidité musculaire. La maladie est due à une dégénérescence des neurones cérébraux, producteurs de dopamine, un neurotransmetteur important pour l’équilibre des fonctions cérébrales [7]. La société Oxford BioMédica a utilisé un vecteur baptisé ProSavin, dérivé d’un lentivirus, véhiculant 3 transgènes impliqués dans la production de dopamine. La thérapie s’applique par injection directe in vivo du vecteur dans la région cérébrale du striatum, impliquée dans la motricité volontaire et automatique. Une fois intégré aux neurones, le transgène correcteur peut s’exprimer et entrainer la production de dopamine, initialement déficiente chez le patient. Les scientifiques ont d’abord testé la méthode sur des macaques et ont obtenu de bons résultats. Ils ont relevé une amélioration de 50% de leurs capacités physiques sur le long terme. Des essais cliniques chez l’Homme ont ensuite été lancés en phases I et II chez 6 patients avec l’accord de l’Agence Nationale de Sécurité du Médicament et des produits de santé (ANSM), du comité d’éthique d’Île-de-France et d’Oxford BioMédica. Les personnes ayant reçu la thérapie ont pu observer une amélioration de leurs capacités physiques. La phase III d’essai est prévue en 2020 et représente beaucoup d’espoir pour les millions de personnes atteintes de la maladie. [6]
Le grand avantage de la thérapie génique et de la virothérapie oncolytique, est qu'elles permettent de traiter les tissus cancéreux en administrant un traitement par voie intraveineuse et non par injection directe dans la zone concernée, souvent impossible. Cependant la voie sanguine nécessite certaines conditions : il faut que le virus soit stable sur une longue distance pour qu’il puisse diffuser à travers la circulation sanguine jusqu’à la zone cible. Il faut aussi qu'il résiste au système immunitaire pour ne pas être détruit avant d’avoir atteint la tumeur.
De plus, encore aujourd’hui, il est difficile de produire des vecteurs viraux totalement sécurisés. Plusieurs essais ont montré des effets secondaires avérés pour certains traitements, comme le Glybera. Il y a aussi le problème de l’insertion des gènes d’intérêt dans les virus, qui doit être totalement maîtrisée pour assurer un mécanisme efficace et sécurisé, par la suite.
Outre la difficulté technique de ces procédés, un autre frein ralenti considérablement le développement de ces traitements : le coût. Par exemple, aujourd’hui pour bénéficier du traitement Glybera, un patient devrait débourser pas moins d’1 million d’euros, non pris en charge par la sécurité sociale.
Ce traitement a également pour inconvénient d’être particulièrement lourd. Il implique la prise de 60 injections du produit thérapeutique, après avoir consommé au préalable des immunodépresseurs.
Thérapie génique et virothérapie oncolytique sont donc des techniques récentes qui nécessitent encore beaucoup de recherches. De grandes entreprises investissent aujourd’hui de plus en plus dans d’autres essais cliniques prometteurs, principalement impliqués dans la lutte contre le cancer. D’ici quelques années, les chercheurs espèrent guérir des pathologies plus lourdes telles que le Virus de l’Immunodéficience Humaine (VIH), grâce à ces techniques.
La phagothérapie, un ancien remède remis sur le banc d’essai
La phagothérapie est un traitement qui utilise des phages pour traiter des maladies infectieuses. Ce traitement a été initié en 1915 par Frederick Twort, un bactériologiste londonien. Il eut comme intuition de poursuivre les études réalisées auparavant par Ernest Hanbury Hankin sur le choléra en Inde. Dans son ouvrage, Hankin mit en évidence le fait qu’une substance extraite à partir de l’eau du Gange avait des effets bénéfiques sur les patients malades du choléra. Cette étude réalisée en 1896 intéressa beaucoup Twort qui finit, en 1936, par associer ce phénomène à la présence de virus bactériophages. Parallèlement, Félix d’Hérelle, un biologiste franco-canadien s’intéressa aussi à la phagothérapie, menant de nombreuses études sur des sauterelles. Il parvint à isoler des bactériophages, que l’on nomme plus communément les phages.
La phagothérapie a largement été utilisée par l’Union Soviétique pendant la première guerre mondiale. Celle-ci était utilisée pour soigner entre autre la dysenterie, le choléra ou la peste dans les tranchées. Son efficacité fut très nettement constatée par les russes même si ni études ni essais cliniques n’avaient été menées. Les difficultés à se procurer des antibiotiques favorisaient cette utilisation plus fréquente de la phagothérapie. Malgré ces nombreuses utilisations par les soviétiques, la phagothérapie reste très peu connue en occident et on lui préfère de loin les antibiotiques. Ce n’est que depuis quelques années que nous nous intéressons vraiment à cette technique qui a pourtant fait ces preuves depuis longtemps.
La phagothérapie fait son grand retour en occident en 1970. Elle est apparue comme étant le seul remède capable d’éliminer une souche de Staphylococcus aureus multirésistante aux antibiotiques, le Staphylococcus aureus Résistant à la Méticilline (SARM). Depuis, ce procédé s’est développé aux Etats-Unis comme en France. L’entreprise Pherecydes Pharma, située à Romainville, s’est alors lancée dans le domaine de la phagothérapie et est actuellement la plus avancée en la matière. Pherecydes Pharma est tous les jours à la recherche de virus prometteurs susceptibles de répondre aux besoins pharmaceutiques de millions de consommateurs.
Ces virus sont parfois prélevés dans des endroits insolites comme les égouts de Paris ou encore dans les hôpitaux. C’est dans ces lieux que sont retrouvés les virus les plus intéressants pour la phagothérapie. On peut également les importer en provenance d’eaux de divers pays comme l’Inde. [8]
La phagothérapie utilise les virus phages afin de traiter les infections bactériennes. Ils sont généralement envisagés en dernier recours face aux traitements antibiotiques infructueux, qui deviennent de moins en moins efficaces. Les phages sont très intéressants pour plusieurs raisons. Ils peuvent détruire les bactéries sans infliger de dommages aux cellules alentours, que ce soit des cellules humaines, animales ou végétales. Ces phages, contrairement aux antibiotiques, peuvent évoluer avec la bactérie, les rendant plus compétitifs que les antibiotiques à large spectre. Pour illustrer le fonctionnement des phages, on peut s’intéresser à la maladie de Lyme. Cette pathologie infectieuse à Borrelia est difficile à soigner. Des traitements antibiotiques existent, mais ils sont très lourds et pas toujours efficaces. De plus, Borrelia est capable de se loger dans toutes les cellules du corps et est dotée d’un mode de propagation très efficace. Cette bactérie est très mobile et a la capacité de créer des kystes spongieux pour attirer les globules blancs faisant barrière aux antibiotiques. La bactérie n’étant pas touchée, l’hôte est, quant à lui, lésé par ses propres défenses immunitaires. C’est à ce moment-là que les phages interviennent. Sans pour autant tuer la bactérie, ces derniers vont la fragiliser et la déloger et de ce fait, l’exposer aux antibiotiques qui pourront ensuite la détruire. L’utilisation des phages s’avère donc efficace en complément des traitements antibiotiques.
Pour la plupart des phages, leur action s’effectue en 3 temps. Tout d’abord une étape d’absorption à lieu correspondant à la collision aléatoire du phage avec la bactérie. Ensuite, le virus s’attache de façon irréversible à la bactérie et fini par y injecter son génome. La réalisation de ses étapes diffère selon la structure des phages. Ils sont classés selon 4 catégories différentes en fonction de leurs mécanismes d’action. (Cf. fig. 2).
La première catégorie de phage est donc celle des phages lytiques et non tempérés, que l’on appelle aussi phages de la série T. Ces phages lysent la bactérie après l’avoir utilisée pour sa reproduction. A la fin du cycle lytique, la bactérie éclate en plusieurs dizaine de nouveaux phages, prêt à contaminer de nouvelles bactéries. Ces phages tuent leur hôte bactérien sans modifier leur génome. Ils sont utilisés pour lutter contre des infections bactériennes lorsqu’on souhaite une destruction de la bactérie. Son mode de fonctionnement permet une propagation du phage rapide et efficace.
La deuxième catégorie de phage est celle des phages chroniques et non tempérés, aussi appelés phages à petit ADN. Ce virus se sert également de son hôte bactérien pour se reproduire en utilisant son appareil reproducteur, sans modifier son génome et sans lyse. Le virus passe ensuite de bactérie en bactérie grâce à des ponts constitués de pili entre les bactéries, ce qui diminue ses chances de se faire lyser par les cellules du système immunitaire.
La troisième catégorie de phages est celle des phages lytiques et/ou lysogènes et tempérés, aussi appelés phages tempérés. Leur multiplication s’effectue en deux cycles contrairement aux phages de type T. Leur premier cycle est lytique, comme celui du phage T, c’est-à-dire qu’ils détruisent la bactérie hôte. Ils entament ensuite un cycle lysogène, au cours duquel le génome du virus va s’intégrer à celui de la bactérie au lieu de rester sous la forme de virion. Le virus tue son hôte après s’être servi de son appareil de reproduction. Ce phage est très utilisé en phagothérapie du fait de sa polyvalence.
La dernière catégorie est celle des phages chroniques et tempérés. On les appelle aussi des phages à ARN. Ceux-ci sont souvent utilisés dans un mécanisme que l’on appelle la transduction. Cela veut dire que le virus pourra insérer son génome dans la bactérie, et le combiner au génome bactérien. La bactérie va ensuite produire des phages à partir du génome recombiné. Une fois crées, les phages pourront sortir de la bactérie et se propager. Ce procédé permet une production infinie de virus et de bactéries rendues inoffensives par le génome du virus. En effet, une fois modifiée génétiquement par le virus, la bactérie ne présente plus de menace pour le corps. Cette méthode peut être utilisée dans le cas de bactéries endocrines puisque la bactérie ne subit pas de lyse.
Les avantages de cette méthode sont nombreux. Tout d’abord, la rapidité de multiplication des phages ainsi que le nombre de clones produits par cycle lytiques en font des adversaires redoutables pour les bactéries. Cette méthode paraît plus efficace que les antibiotiques. Plus la population de bactérie augmente, plus la phagothérapie est efficace, ce qui est l’exact opposé pour les antibiotiques, produisant à terme une accoutumance chez les bactéries. La résistance aux phages est possible mais très rare et particulièrement labile. On peut donc espérer que les phages soient stables dans le temps. De plus l’impact écologique des phages est en principe limité puisque les phages sont des organismes naturels. Concernant la tolérance des phages, il n’y a aucune raison qu’elle ne soit pas optimale car notre corps en contient déjà et les supporte bien.
La phagothérapie comporte néanmoins quelques défauts. La bactérie étant seule cible des phages, seule une infection d’origine bactérienne pourra être traitée par ceux-ci.
Le frein actuel dans le développement des phages, est lié à l’absence de réglementation dans l’usage de la phagothérapie. Les phages ne sont pas reconnus par les assurances de santé car ce ne sont, ni des tissus, ni des vaccins, ni des dispositifs médicaux. A l’échelle industrielle, ce qui freine le plus les firmes pharmaceutiques pour la commercialisation des phages est le fait qu’ils soient naturels et donc non brevetables. Leur investissement serait donc non garanti.
Finalement, le virus représente une piste non négligeable pour pallier les besoins thérapeutiques humains. Trois procédés sont en cours d’étude et visent à détourner les mécanismes viraux dans le but de traiter ces différentes pathologies : la virothérapie, ciblant les cellules tumorales, l’utilisation de vecteurs viraux en thérapie génique, influant sur les fonctions cellulaires, et enfin, l’utilisation de virus bactériophages s’attaquant aux bactéries. Des études plus poussées et une évolution en termes de réglementations et de coût pourraient faciliter le développement de ces dispositifs à l’avenir.
Webographie
[1] Université Paris Descartes. Structure et définition des virus. [Page consultée le 17/04/2016]. http://www.microbes-edu.org/etudiant/virus.html
[2] Anne Galy (2014). Inserm : Thérapie génique. [Page consultée le 21/04/2016]. http://www.inserm.fr/thematiques/genetique-genomique-et-bioinformatique/dossiers-d-information/therapie-genique
[3] Wikipedia : JX-594. [Page consultée le 20/04/2016]. https://en.wikipedia.org/wiki/JX-594
[4] Caroline J. Breitbach, James Burke, Derek Jonker, [et al.], 1er Septembre 2011. « Intravenous delivery of a multi-mechanistic cancer-targeted oncolytic poxvirus in humans », Nature, N°477, p99–102
[5] P. Bernanose, P. Pérochon, Santé log : CANCER: Un virus nommé JX-594 capable de cibler la tumeur. [Page consultée le 20/04/2016]. https://www.santelog.com/modules/connaissances/actualite-sante-cancer-un-virus-nommeacute-jx594-capable-de-cibler-la-tumeur_6240_lirelasuite.htm#lirelasuite
[6] Paul Benkimoun (2014). Le monde : Maladie de Parkinson : premiers résultats prometteurs pour une thérapie génique. [Page consultée le 21/04/2016]. http://www.lemonde.fr/sante/article/2014/01/10/maladie-de-parkinson-premiers-resultats-prometteurs-pour-une-therapie-genique_4345731_1651302.html
[7] France Parkinson : présentation de la maladie. [Page consultée le 21/04/2016]. http://www.franceparkinson.fr/docs/explications-neurologiques.php?p=78&id=175
[8] Véronique Radier, Bérénice Rocfort-Giovanni (2016). L’OBS : Les "phages", des virus naturels pour remplacer les antibiotiques. [Page consultée le 22/04/2016]. http://tempsreel.nouvelobs.com/societe/20160128.OBS3567/les-phages-des-virus-naturels-pour-remplacer-les-antibiotiques.html
[9] Virus. [Page consultée le 06/05/ 2016]. http://pratclif.com/biologie-moleculaire/virus.htm
[10] Alain, Decroes ; Nadine, Fornelos ; Pascale, Hermant ; Benoît Kabamba-mukodi ; [et al.]. [Page consultée le 06/05/2016]. http://www.afd-ld.org/~fdp_viro/content.php?page=phages