Rôle des interactions tripartites entre bactériophages, bactéries et l'hôte dans la santé intestinale – VENTRIS

|Pour répondre à ces questions, l'équipe a combiné plusieurs approches complémentaires, des plus simples aux plus proches de la réalité clinique.

En laboratoire, des cellules intestinales humaines ont été cultivées pour reconstituer une mini-barrière intestinale, sur laquelle différents phages (de tailles et de formes variées) ont été déposés afin d'observer s'ils la traversent, et si cela l'endommage ou déclenche une inflammation. Le même principe a été appliqué à des cellules qui tapissent nos vaisseaux sanguins, pour savoir si les phages, une fois dans l'organisme, pourraient continuer leur chemin jusqu'au sang.

Des morceaux de tissu intestinal, provenant de souris ont ensuite été utilisés pour vérifier ces observations sur un tissu vivant complet.

Chez la souris, l'équipe a utilisé un modèle très particulier : des animaux élevés avec seulement douze espèces de bactéries connues et contrôlées, formant un microbiote "simplifié" mais représentatif. Ce modèle a permis de suivre précisément comment des bactéries et leurs phages cohabitent dans l'intestin, avant, pendant et après un épisode inflammatoire, et de tester si l'ajout d'une bactérie "concurrente" et de phages ciblés pouvait aider à éliminer une bactérie pathogène (Salmonelle) de l'intestin, à la manière d'une transplantation de microbiote simplifiée.

Enfin, un système de culture en continu en laboratoire ("chemostat") a permis de suivre, jour après jour, l'évolution de bactéries et de leurs phages sous stress oxydatif, une caractéristique de l'inflammation intestinale, afin de comprendre comment ce stress modifie leur relation.

Les échantillons de sang et de selles de patients atteints de MICI et de personnes en bonne santé ont enfin été analysés pour rechercher, chez l'humain, des traces du passage des phages intestinaux dans le sang.

|Les travaux menés dans le cadre de VENTRIS ont apporté plusieurs résultats marquants, publiés dans des revues scientifiques internationales.

Premièrement, nous avons montré que les phages intestinaux peuvent traverser la paroi de l'intestin, aussi bien la couche de cellules qui tapisse l'intestin que celle qui tapisse nos vaisseaux sanguins, sans l'endommager ni déclencher d'inflammation. Ce passage est plus important lorsque la barrière intestinale est fragilisée, comme cela peut être le cas chez les patients atteints de la maladie de Crohn. En cohérence avec ces observations en laboratoire, l'analyse d'échantillons de patients a révélé davantage de traces de phages partagées entre les selles et le sang chez les patients atteints de MICI que chez les personnes en bonne santé. Ce résultat est rassurant pour le développement de traitements anti-infectieux à base de phages : leur passage naturel et sans dommage à travers la paroi intestinale suggère qu'ils pourraient être utilisés sans danger supplémentaire pour le patient.

Deuxièmement, en étudiant l'évolution de bactéries et de leurs phages sous stress oxydatif (une composante de l'inflammation), nous avons découvert que ce stress accélère l'apparition de bactéries résistantes aux phages, et réduit fortement la diversité des phages capables de les infecter. Cela pourrait expliquer pourquoi certaines bactéries potentiellement problématiques prolifèrent davantage lors des poussées inflammatoires.

Troisièmement, nous avons montré, dans notre modèle de souris à microbiote contrôlé, qu'associer une bactérie "concurrente" à des phages ciblant spécifiquement une bactérie pathogène (Salmonelle) permettait d'éliminer cette dernière de l'intestin de façon bien plus efficace que chacune des deux stratégies utilisée seule. Cette synergie illustre concrètement comment la compétition bactérienne et la prédation virale peuvent coopérer pour restaurer un intestin sain, un mécanisme probablement à l'œuvre lors d'une transplantation de microbiote fécal réussie.

| Les résultats obtenus dans VENTRIS ouvrent plusieurs perspectives concrètes pour la recherche et, à terme, pour la clinique.

Sur le plan fondamental, il reste à confirmer, dans de plus grandes cohortes de patients, que les phages retrouvés dans le sang proviennent bien de l'intestin, et à comprendre si leur présence a des conséquences sur notre système immunitaire. Il sera également intéressant d'étudier si des traitements limitant le stress oxydatif pourraient préserver la diversité des phages bénéfiques lors des poussées inflammatoires.

Mais la perspective la plus prometteuse concerne le traitement des maladies liées à un déséquilibre du microbiote. Aujourd'hui, la transplantation de microbiote fécal, bien qu'efficace dans certains cas, consiste à transférer l'intégralité des selles d'un donneur, un traitement peu standardisé, dont on ne maîtrise pas toujours les effets, et qui comporte des risques (transmission de microbes indésirables, variabilité d'un donneur à l'autre). Nos résultats, montrant qu'une combinaison précise et définie de bactérie "concurrente" et de phages ciblés suffit à éliminer un pathogène, ouvrent la voie à une alternative plus rationnelle : au lieu de transplanter un microbiote entier et complexe, il deviendrait possible de concevoir un "cocktail" thérapeutique défini, composé uniquement des quelques bactéries et phages nécessaires (éventuellement complété par des molécules anti-inflammatoires produites naturellement par nos bactéries), pour restaurer un intestin sain de façon ciblée, reproductible et plus sûre.

Ce type d'approche, appelée "biothérapie", pourrait à terme constituer une alternative plus standardisée et mieux contrôlée à la transplantation de microbiote fécal.

Le tractus intestinal abrite une communauté microbienne densément peuplée, ou microbiote et de plus en plus d’études suggèrent que cette relation commensale définit l'état de santé humaine. Au sein de cette communauté, la richesse et la diversité des bactéries sont définies par la physiologie intestinale (métabolisme, immunité...) et par des facteurs externes (nutriments, médicaments...) et sont souvent décrites comme cruciales pour le maintien d'un état de santé, tandis que s'écarter de cette situation peut entraîner des troubles transitoires ou chroniques.
Mais le microbiote intestinal est composé d'autres fractions microbiennes, notamment de bactériophages (phages), les virus spécifiques des bactéries. Des études de viromique ont montré que les phages intestinaux sont très diversifiés et stables dans le temps, et qu'ils sont très spécifiques à chaque individu. Des signatures métagénomiques d'abondance et de diversité des phages ont été reportées comme étant associées à plusieurs maladies, telles que les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). En outre, de plus en plus de données suggèrent que le transfert de phages intestinaux est crucial pour le succès de la transplantation de matières fécales (FMT) dans la résolution de la récurrence des infections à Clostridioides difficile.
Bien que d'une importance inestimable, ces études restent largement descriptives et limitées par rapport à la caractérisation des interactions qui ont lieu entre l'organe intestinal et son microbiote. Par conséquent, de nombreuses questions restent en suspens quant au rôle des intéractions phages-bactéries dans la détermination ou la contribution à un état de santé ou de maladie. VENTRIS est un projet de recherche visant à caractériser les mécanismes écologiques et moléculaires régissant l'interaction tripartite entre les phages, les bactéries et le tractus intestinal dans des conditions saines et inflammatoires. Cet objectif sera atteint en caractérisant (i) l'impact des phages sur la barrière intestinale et son état inflammatoire, en utilisant des modèles in vitro et ex vivo, y compris des échantillons cliniques issus de patients atteints de MICI; (ii) les mécanismes de la coexistence à long terme, des phages et des bactéries dans un modèle murin de microbiote contrôlé en présence et en l'absence d'inflammation intestinale ; (iii) le potentiel des phages intestinaux dans le contrôle ou l'inversion de l'inflammation intestinale en modulant le microbiote intestinal. Ce projet aura un impact sur la compréhension des dynamiques régulant l'homéostasie du microbiote. Ces connaissances ouvriront la voie au décryptage des données métagénomiques associées à des états sains et malades et à la conception de la préservation et de la restauration ciblées de la santé intestinale à l'aide d'options thérapeutiques basées sur les phages.