Publié le: Septembre 2019

Écrit par: Conan Y. Zhao, étudiant diplômé en BioSciences quantitatives, Georgia Tech et Sam P. Brown, PhD, Professeur agrégé, Georgia Tech, et Alison Laufer Halpin, PhD, Directrice associée, Bureau de l’Innovation scientifique et de l’intégration, CDC

Les fournisseurs de soins de santé peuvent faire face à deux crises croissantes qui affectent leur capacité à traiter les infections bactériennes: la résistance aux antibiotiques et les infections chroniques (de longue durée).

Une combinaison difficile pour les fournisseurs de soins de santé et les patients sont les infections chroniques causées par des germes résistants aux antibiotiques.

Dans le cadre d’un projet avec les CDC, le laboratoire Brown de Georgia Tech a développé de nouvelles approches pour étudier les microbiomes pulmonaires des patients atteints de fibrose kystique (FK), qui contractent souvent des infections chroniques. Ce travail aidera à améliorer les traitements pour ces patients.

Les infections chroniques sont des maladies persistantes qui doivent être traitées pendant une longue période avant que l’infection ne disparaisse.

Les patients atteints de mucoviscidose (FK) présentent un risque particulier d’infections chroniques. L’un des traits de la mucoviscidose est l’accumulation d’une épaisse couche de mucus recouvrant l’intérieur des poumons, appelée expectoration. De nombreux types de bactéries commensales (non pathogènes) et nocives peuvent survivre dans cet environnement, exposant continuellement les patients atteints de mucoviscidose à un risque d’infections pulmonaires. En raison de ces infections, les patients atteints de mucoviscidose sont exposés à plus d’antibiotiques.

Évaluation du microbiome pulmonaire

Le microbiome est une communauté de germes naturels. Les antibiotiques peuvent perturber (déséquilibrer) les microbiomes en modifiant la composition naturelle des bactéries commensales et nocives. Avec un microbiome perturbé, des bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques peuvent prendre le relais et provoquer une infection.

Un certain nombre d’études ont mis en évidence des liens entre la structure du microbiome pulmonaire et la fonction pulmonaire (c’est-à-dire le fonctionnement des poumons). Par exemple, la présence de germes pathogènes (pathogènes) est associée à une mauvaise santé.

Ces études suggèrent le rôle central que peuvent jouer les germes non pathogènes (non pathogènes) pour aider à maintenir la fonction pulmonaire. Cependant, ils n’ont pas encore répondu si ces germes – principalement des germes oraux commensaux dans la bouche, le nez ou la gorge — sont des indicateurs d’une meilleure santé ou aident activement à éloigner les germes pathogènes dans l’écosystème du microbiome pulmonaire.

Pour répondre à cette question clé, le laboratoire Brown a construit un modèle expérimentalicône externe du microbiome des infections pulmonaires de la FC. Une recette de « crachats synthétiques » imite les crachats trouvés dans les poumons des patients atteints de mucoviscidose. Le laboratoire ajoute des combinaisons définies de jusqu’à 12 espèces bactériennes au modèle.

Ensemble, ces 12 espèces bactériennes représentent plus de 90 % de la communauté bactérienne dans les poumons des personnes atteintes de mucoviscidose. La moitié de ces germes sont des germes pathogènes courants (pathogènes) (par exemple, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa). Le reste des bactéries sont pour la plupart des germes oraux non pathogènes que l’on trouve souvent dans les poumons des personnes atteintes de mucoviscidose.

Les résultats du modèle appuient l’idée que des germes oraux spécifiques sont capables de ralentir la croissance des germes pathogènes dans le poumon de la FC. Cependant, lorsque nous ajoutons des antibiotiques couramment utilisés pour traiter les patients atteints de mucoviscidose, ces germes oraux « protecteurs » sont rapidement éliminés. Cela permet à tous les germes pathogènes existants et résistants aux antibiotiques de se développer, de prendre le relais et de provoquer des maladies.

Personnaliser les traitements

Améliorer la prescription et l’utilisation d’antibiotiques est essentiel pour traiter efficacement les infections, protéger les patients des dommages causés par une utilisation inutile d’antibiotiques et lutter contre la résistance aux antibiotiques.

À l’aide de données sur le microbiome et de modèles mathématiques du microbiome pulmonaire des FC, le laboratoire Brown en apprend davantage sur la façon dont chaque espèce bactérienne s’affecte mutuellement et sur sa capacité à résister aux antibiotiques. Fort de ces informations, le laboratoire fait des prédictions et les teste dans le but d’améliorer la sélection et les traitements antibiotiques.

À partir de là, le laboratoire peut développer de nouvelles stratégies de traitement personnalisées combinant des antibiotiques et, potentiellement, des probiotiques (bactéries vivantes non pathogènes généralement reconnues comme sûres) adaptées au profil d’infection et de microbiome de l’individu.