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TnVaccin : de la physiopathologie au développement de vaccin – Seq-N-Vac

Seq-N-Vaq: des études physiopathologies jusqu'au développement de vaccins multivalents contre les méningites bactériennes néonatales

La majorité des méningites bacteriennes chez le prématuré sont causées par Escherichia coli, en particulier E. coli K1 (deuxième cause de méningite chez tous les nouveaux nés derrière le Streptococoque B). Même en cas de traitement antibiotique bien conduit, la morbi-mortalité reste très importantes. Il faut donc développer de nouvelles approaches pour la prévention et le traitement. Pour y arriver, avoir une meilleure connaissance de la physiopathologie de la maladie est indispensable.

Developpement d'un vaccine multivalent contre les méningites néonatales causées par E. coli K1

En utilisant la mutagenèse par transposon saturé (Tn) et le séquençage à haut débit (TnSeq), un outil puissant pour étudier les interactions hôte-pathogène, nous comblerons les lacunes dans nos connaissances sur la contribution globale et de chacun des gènes dans E. coli K1 pour provoquer une méningite néonatale. Dans ce projet, nous proposons une approche pour (i) évaluer de manière exhaustive les facteurs de virulence d'E. coli K1 dans la méningite néonatale et (ii) identifier systématiquement les antigènes synthétisés par ce pathogène pouvant être ciblés par immunothérapie (TnSeq Vaccinologie). En utilisant P. aeruginosa comme preuve de concept, trois contextes différents in vivo, pertinents pour la pathogenèse de P. aeruginosa, ont été précédemment testés par TnSeq : infection des poumons, colonisation du tractus gastro-intestinal (GI) et dissémination systémique dans la rate. Dans ces trois contextes, les inserts Tn dans presque tous les gènes codant pour les facteurs de virulence connus de P. aeruginosa ont entraîné une diminution de la fitness in vivo, mais, surtout, de nombreux nouveaux, y compris de nouvelles cibles candidates pour l'immunothérapie, ont également été détectés. Dans le projet de recherche proposé ici, nous étendrons notre expertise avec la technologie TnSeq pour analyser la pathogenèse de la méningite à E. coli K1, et mettrons également en œuvre un aspect original du TnSeq, le TnVaccine, pour fournir une vision unique de la méningite de la pathogenèse de base jusqu’à la perspective de développer un vaccin multivalent. Cette stratégie de développement de vaccins, si elle est efficace, pourrait également cibler les souches multi ou pan-résistantes aux antibiotiques et contribuer à la diminution de l'utilisation des antibiotiques et réduire les pressions sélectives pour l'émergence de la résistance aux antibiotiques.

TnSeq : Afin d'étudier la physiopathologie d'E. coli K1, nous avons établi deux modèles murins d'infection néonatale. Le premier modèle in vivo a utilisé des souris âgées de 2 à 3 jours soumises à une injection intrapéritonéale (IP) avec 5x10e6 unités formant colonies (UFC)/souris d'une banque de Tn d’E. coli K1 qui a généré un niveau élevé de bactériémie. Après 24h, les souris néonatales ont été sacrifiées et les foies, les rates, les cerveaux et les méninges récoltés pour déterminer la dissémination systémique suivie d'une infection cérébrale (au-dessus de 10e8 UFC/organe). Le deuxième modèle a été conçu pour imiter les étapes de la pathogenèse de la méningite néonatale causée par E. coli K1. Des souris néonatales ont été injectés par gavage oral, car le tractus gastro-intestinal (GI) est probablement le principal site de colonisation initiale et d'origine des agents pathogènes de la méningite chez les nouveau-nés. Après 24h, les souris néonatales ont été sacrifiées et les foies, rates, cerveaux et méninges récoltés. Ces deux modèles permettent de déterminer (i) les gènes importants pour la dissémination systémique, après une infection IP ou après la colonisation du tractus gastro-intestinal (les deux voies sont observées dans l'infection humaine), et (ii) les gènes importants pour l'infection cérébrale suivant la voie d'infection supposée telle qu’elle survient dans la maladie humaine (du tractus gastro-intestinal au cerveau).

TnVaccine : la banque de mutants de E. coli K1 sera soumise à une pression de sélection médiée par des anticorps polyclonaux contre E. coli K1, afin de détecter les mutants échappant aux anticorps qui correspondent aux mutants dans les gènes codant pour les antigènes d'intérêt.

Parmi les candidats identifiés par TnSeq, nous avons sélectionné pour une étude plus approfondie le polysaccharide de surface conservé Poly-ß-(1-6)-N-Acétyl Glucosamine (PNAG), en tant que candidat pour le développement d’un vaccin dans cette indication. Nous avons constaté que PNAG était un facteur de virulence dans notre modèle animal. Nous avons montré que l'immunisation passive et active prévenait et/ou traitait avec succès la méningite causée par E. coli K1 chez les souris nouveau-nées. Nous avons trouvé une excellente activité opsonophagocytaire des anticorps dirigés contre le PNAG et in vitro, ces anticorps étaient également capables de diminuer la liaison, l'invasion et le passage d'E. coli K1 à travers deux lignées cellulaires de la barrière hémato-encéphalique. Enfin, pour renforcer le potentiel du PNAG comme candidat en tant que vaccin dans la méningite bactérienne néonatale, nous avons démontré que le streptocoque du groupe B, principale cause de méningite néonatale dans les pays développés, produisait également du PNAG et que les anticorps anti-PNAG pouvaient protéger in vitro et in vivo contre ce pathogène néonatal majeur.

Dans l'ensemble, ces résultats indiquent l'utilité des méthode de séquençage d'ADN à haut débit pour identifier les cibles potentielles pour une immunothérapie contre des agents pathogènes. Dans cette étude, nous avons même identifier une cible antigénique qui serait potentiellement à large spectre pour la prévention des infections bactériennes néonatales.

N/A

Les méningites bactériennes néonatales représentent toujours des infectieux sévères au seins des maladies infectieuses et malgré des traitement antibiotiques adaptés la mortalité reste supérieure à 10%, avec de nombreuses séquelles neurologiques (jusqu'à 30%) chez les survivants, comme la surdité ou l'hydrocéphalie. Dans les pays occidentaux, Escherichia coli K1 est une cause très importante de méningite néonatale. Le but de ce projet est d'utiliser une technologies très avancées de séquençage à haut débit, le TnSeq, et une nouvelle application du TnSeq (le TnSeq Vaccinologie) pour (i) identifier et étudier les gènes (et leurs régulateurs) qui contribuent à un fitness optimal de E. coli K1 dans les étapes principales aboutissant à la méningite bactérienne néonatale : la dissémination sanguine et le franchissement de la barrière hémato-méningée et (ii) identifier et développer de nouveaux candidates vaccinaux.

Coordination du projet

David Skurnik (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INSTITUT PASTEUR
INSERM Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale
INSERM Institut Nationale de la Santé et de la Recherche Médicale

Aide de l'ANR 549 662 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2021 - 48 Mois

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