Action 1 – Results of the call for projects “Antibiotic resistance: understand, innovate, act” : 11 projects selected

Les échecs aux traitements des infections urinaires étant encore trop fréquents, le projet ANORUTI se propose d’améliorer la compréhension de ces échecs in vivo et de fournir des solutions de diagnostic avec une meilleure précision de prédiction. L’objectif est de développer in vitro des plateformes expérimentales de bioréacteurs et un modèle pharmacocinétique à deux compartiments   pour évaluer la croissance et les capacités de survie des bactéries dans différentes conditions afin d’identifier des souches ayant des comportements différents lorsqu’elles sont analysées dans des conditions standard de mesure de la CMI et dans des conditions expérimentales imitant des environnements plus réalistes de l’infection urinaire. Seront examinés l’impact du pH, de la disponibilité du fer et de la réponse immunitaire de l’hôte sur la sensibilité aux antibiotiques, la tolérance aux antibiotiques, la persistance et la formation d’un biofilm ainsi que les conditions qui pourraient conduire à la non réponse au traitement. Ces expériences seront conduites avec des antibiotiques  utilisés seuls ou en association pour soigner les infections urinaires et une collection importante et diversifiée de souches cliniques et génétiquement déterminées. Des expériences in vivo seront réalisées chez la souris pour identifier l’ensemble des environnements in vitro à prendre en compte, et pour valider les prédictions et observations faites in vitro.

Ce projet se propose de répondre à une question clé : élucider si le microbiote lui-même peut moduler l’impact de traitements à base d’antibiotiques et contribuer à l’émergence de la résistance aux antibiotiques. Pour étayer cette hypothèse, le consortium se propose d’analyser la résistance aux antibiotiques via un modèle expérimental de tube digestif (minigut) combiné à une cohorte finement caractérisée en termes d’alimentation, la cohorte NutriNet-Santé, et ceci avec la souche bactérienne modèle : Escherichia coli comme sentinelle d’évolution de l’antibiorésistance. Brièvement les fèces de 100 personnes, sélectionnées en fonction de leurs habitudes alimentaires, seront caractérisées par des approches de métagénomique et introduites dans les miniguts en présence d’antibiotiques, de souches bactériennes sensibles et résistances aux antibiotiques y compris de souches reportrices du stress ou de l’état métabolique des bactéries. Les données obtenues seront validées par des observations sur 2 400 personnes avec des régimes alimentaires variés et des expériences in vivo et instruiront des modèles mécanistiques ou phénoménologiques de l’évolution de l’antibiorésistance intra hôte. à terme, ces travaux conduiront à identifier des espèces, des microbiotes et/ou les régimes alimentaires permettant un contrôle simple de la résistance aux antibiotiques au niveau populationnel.

Ce projet se propose de répondre à la question qui est préoccupante et peu documentée de la transmission de l’antibiorésistance (AMR) des animaux de compagnie à l’humain en regroupant des compétences uniques en médecine humaine et vétérinaire, en études cliniques et épidémiologiques, en génétique moléculaire, écologie, génomique des populations et approches fonctionnelles, par des modèles in vitro et in vivo, ainsi que par des analyses informatiques et en sciences sociales. La stratégie est de mener une étude épidémiologique de 2 ans sur le transport intestinal des résistances aux céphalosporines à spectre étendu (ESC-E) et aux carbapénèmes (CP-E) chez 500 chiens et membres de la maison (HM) avant, pendant et après l’hospitalisation des chiens. à partir des données recueillies, seront testées des hypothèses sur les événements de transfert des clones et plasmides au sein et entre les chiens et HM, sur les loci de transmission à l’hôte, sur la persistance intestinale des résistances, et sur les voies d’évolution intra hôte de ces résistances. L’ensemble sera validé sur des modèles cellulaires et in vivo et complété par des analyses sur les relations chien/humain d’un point de vue sociologique. Ces données intégrées dans des modèles mathématiques permettront de déchiffrer les facteurs de risque d’acquisition de l’ESC-E/CP-E par l’humain à partir de chiens et d’argumenter pour une gestion efficace des risques associés à l’exposition de la communauté humaine à l’AMR provenant d’animaux de compagnie, qui pourront être pris en compte et traduits à échelle européenne.

Le sol est un formidable réservoir de biodiversité microbienne et les antibiotiques existants sont principalement des métabolites secondaires produits par les microorganismes du sol. Partant de ce constat, le projet MicroFlu4AMR articulé autour de 4 axes se propose : d’étudier la diversité fonctionnelle (gènes et voies métaboliques) des communautés microbiennes du sol impliquées dans la production d’antibiotiques et les résistomes correspondants, de développer une meilleure compréhension des processus écologiques et évolutifs dans les communautés du sol impliquées dans la production d’antibiotiques, et par conséquent, à leurs résistomes associés, d’élucider le rôle et les mécanismes du transfert horizontal et vertical de gènes dans l’évolution et la diffusion des antibiotiques et de la résistance aux antibiotiques, et de découvrir de nouvelles classes naturelles d’antibiotiques qui réduisent le risque d’émergence de résistomes adaptés. À cette fin, des échantillons de sol, sélectionnés pour couvrir la plus grande diversité microbienne possible, seront analysés en s’appuyant sur des approches métagénomiques ciblées et globales et de criblage phénotypique et génotypique innovant à très haut débit via la plateforme microfluidique à base de gouttelettes qui permet l’analyse de microorganismes individuels couplée à la production d’antibiotiques détectée à l’aide de bactéries possédant des gènes rapporteurs spécifiques. L’ensemble permet un tri des gouttelettes activées par fluorescence à des taux allant jusqu’à 1 000 par seconde, et le criblage d’environ 1 million de microorganismes par heure. En parallèle, un système permettant le séquençage du génome entier de milliers de bactéries –cultivables et non cultivables– triées est en cours de mise au point et permettra d’identifier directement des groupes de gènes biosynthétiques de nouveaux composés antibiotiques ou comprenant des mécanismes de résistance aux antibiotiques. Ces travaux donneront un aperçu sans précédent de la diversité et de l’interaction des mécanismes de résistance aux antibiotiques et contribueront à la découverte de nouveaux antibiotiques et mécanismes de résistance.

La réduction de l’incidence mondiale de la tuberculose (TB) observée chaque année est trop faible pour compenser l’augmentation inquiétante de la multirésistance aux antituberculeux (TB-MR) et il est urgent de disposer de combinaisons de nouvelles classes d’antibiotiques qui ciblent les mycobactéries dans leurs différentes niches. Le projet Mustart, regroupant sept puissantes équipes de recherche spécialisées dans la tuberculose (dont deux en milieu hospitalier) ainsi que deux partenaires d’autres domaines apportant des approches méthodologiques nouvelles, ambitionne de relever cet enjeu par des actions de recherche concertées et intégrées, allant du laboratoire au chevet du patient. Ainsi, des modèles de criblage innovants seront partagés pour enrichir la liste de composés potentiellement synergiques et différentes combinaisons seront évaluées à l’aide de modèles d’infection ex vivo et in vivo afin d’identifier des schémas multidimensionnels optimisés. En parallèle, Mustart identifiera des biomarqueurs traduisant l’évolution du traitement en temps réel, chez la souris et chez les patients. Ces marqueurs, destinés à prédire les rechutes et l’apparition de résistances, permettront de personnaliser les traitements de manière rationnelle et en temps réel, ainsi que de diminuer les coûts des essais cliniques de phase II.

En réponse au besoin urgent de développer de nouveaux agents thérapeutiques, le projet NAILR se fonde sur la caractérisation de quatre composés d’une nouvelle famille de peptidomimétiques anti-infectieux (heptapseudopeptides) produits par une toxine bactérienne. Le consortium réunit sept partenaires aux compétences complémentaires sur des disciplines variées : microbiologistes cliniques et moléculaires, biochimistes, structuralistes, vétérinaires, cliniciens, pharmacologues, écologistes et experts pour le microbiome intestinal. Le projet s’articule autour de six enjeux dont le spectre complet de l’activité antimicrobienne de ces nouveaux médicaments anti-infectieux, leurs activités bactéricides/bactériostatiques, leur synergie/antagonisme avec les antibiotiques existants, leurs mécanismes d’action et leur(s) cible(s) moléculaire(s) dans différents milieux bactériens (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Escherichia coli et Pseudomonas aeruginosa), leurs mécanismes de résistance et les coûts d’adaptation de la résistance, leurs paramètres PK/PD et leur efficacité sur différents modèles animaux d’infections. En outre, l’impact de ces peptides sur le microbiote intestinal et sur le métabolome humain sera étudié, ainsi que leur stabilité dans l’environnement (eau, sol, sédiments), et leur impact sur les communautés microbiennes environnementales.

Le projet NASPEC vise à développer des antibiotiques ciblant les bactéries à Gram négatif multi-résistantes, tout en réduisant les dommages collatéraux de l’antibiothérapie sur la flore commensale. Afin d’obtenir une activité sélective sur les agents pathogènes, deux antibiotiques de la famille des bêta-lactamines seront combinés au sein d’une même molécule pour obtenir des pro-médicaments inactifs. L’hydrolyse de la première bêta-lactamine par la bêta-lactamase produite par la bactérie responsable de l’infection libérera la deuxième bêta-lactamine sous une forme active. Le consortium NASPEC réunit : i) deux équipes de chimie qui étudieront les bêta-lactames existants et leurs voies de synthèse pour concevoir des pro-médicaments appropriés en introduisant des liens clivables ; ii) une équipe de biochimie qui évaluera les composés synthétiques pour leur activité antibactérienne, leur mode d’action et leur spécificité pour les bactéries productrices de bêta-lactamases ; iii) trois équipes de biologie structurale spécialisées dans la cristallographie et l’analyse par RMN des bêta-lactamases et des transpeptidases, ainsi qu’une équipe spécialisée dans la modélisation des interactions entre médicaments et cibles, qui contribueront à la conception des molécules. Les bêta-lactamines existantes et celles synthétisées seront testées sur le microbiote en utilisant des modèles de souris colonisées par une flore humaine. L’impact potentiel de ces molécules sera recherché par analyse métagénomique associée à la détection de fragments de peptidoglycane par les récepteurs NOD. Les résultats de ce projet garantiront un pipeline rationnel pour la mise au point de nouvelles molécules thérapeutiques qui feront l’objet d’un développement préclinique avec un partenaire industriel à la fin du projet.

À partir d’un précédent développement par l’équipe d’une approche interdisciplinaire de la recherche interventionnelle, le projet OrA-NEAT propose un nouveau cadre méthodologique pour l’élaboration et l’évaluation de programmes de bon usage des antibiotiques ou « antimicrobial stewardship » (AMS) comprenant quatre éléments clés : (i) Élaboration d’un cadre conceptuel du contexte socioculturel qui sous-tend l’utilisation de l’antibiotique ; (ii) Développement d’un outil de diagnostic contextuel sur l’AMS ; (iii) Développement d’outils AMS et d’un support de mise en œuvre adapté au contexte d’intérêt ; (iv) Évaluation du programme AMS résultant. Le projet prévoit d’appliquer ensuite ce cadre méthodologique à un contexte sanitaire spécifique, particulièrement enclin à la résistance aux antimicrobiens, celui des EHPAD. Le projet OrA-NEAT vise à : (i) Comprendre les comportements des professionnels de la santé qui conduisent à l’utilisation des antibiotiques et leurs attitudes vis-à-vis de l’AMS dans les EHPAD français afin d’identifier les opportunités d’AMS ; (ii) Développer un programme d’AMS à multiples facettes adaptable aux attitudes des professionnels de la santé vis-à-vis de l’AMS et adapté aux contextes des EHPAD ; (iii) Évaluer l’efficacité, la durabilité, la mise en œuvre et la transférabilité d’un tel programme dans les EHPAD. OrA-NEAT s’appuie sur une approche interdisciplinaire innovante qui fournira un cadre méthodologique adapté au développement et à l’évaluation de programmes d’AMS dans d’autres contextes, par exemple en milieu ambulatoire voire en médecine animale.

Le projet PHAG-ONE rassemble un consortium d’expertises microbiologiques, technologiques, pharmaceutiques, pharmacologiques et cliniques d’équipes possédant une expertise dans la phagothérapie ainsi que dans l’évaluation et/ou la production de thérapeutiques innovantes. Les trois espèces cibles (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis et Escherichia coli) ont été sélectionnés pour le développement de phages à usage thérapeutique en clinique humaine et pour mettre en place des essais cliniques. Au-delà de l’innovation scientifique, ce projet vise à établir les bases de la première plateforme française d’isolement, de caractérisation, de purification, de production et d’application clinique de thérapies par les phages. Le projet comprend 9 axes allant de la constitution d’une collection de bactériophages lytiques pour les 3 espèces cibles en passant par les étapes d’optimisation/validation des protocoles de production et des procédés de purification des phages, les études d’efficacité et de PK/PD in vitro et in vivo dans des modèles animaux jusqu’à la mise en place et le suivi de cohortes d’utilisation compassionnelle de ces phages et enfin la rédaction d’un essai clinique. Le développement d’outils innovants d’imagerie pour le titrage des phages ainsi que pour la réalisation de phagogrammes standardisés automatisés et rapides fait aussi partie des objectifs. Enfin, de façon concomitante, une analyse socio-anthropologique de la production de connaissance entourant l’émergence de cette innovation biomédicale ainsi que de son environnement réglementaire et institutionnel sera conduite.

Avec l’objectif de développer des tests in silico de sensibilité aux antibiotiques, le projet Seq2Diag s’appuie sur un consortium de laboratoires ayant une expertise dans les domaines de la résistance aux antibiotiques, du diagnostic et de la microbiologie clinique chez l’humain et l’animal, de la génomique bactérienne, de l’évolution, de l’automatisation, de la bioinformatique, de la modélisation et de l’intelligence artificielle (IA). Trois espèces à Gram négatif souvent multirésistantes ont été sélectionnées : Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae et Pseudomonas aeruginosa. Le projet vise à établir des bases de données génomiques et phénotypiques à partir de collections de souches cliniques afin de mieux analyser la relation génotype-phénotype, à déterminer l’impact de la pression antibiotique sur l’évolution des isolats en milieu hospitalier et les causes d’échec des traitements. Des méthodes de phénotypage avancées seront développées pour analyser la réponse aux antibiotiques et aux combinaisons d’antibiotiques, pour quantifier la persistance, la tolérance et les paramètres pharmacodynamiques qui contribuent à l’échec du traitement. à partir des données acquises, des méthodes d’apprentissage seront déployées pour prédire les phénotypes et caractériser les gènes et leurs mutations sous-jacents. Une preuve de concept pour l’utilisation des tests de sensibilité aux antibiotiques in silico dans les laboratoires de microbiologie clinique sera réalisée pour des infections d’étiologies diverses. à terme, ce projet concourra à développer l’utilisation du séquençage génomique dans le diagnostic bactériologique et à caractériser de nouveaux mécanismes contribuant à la résistance aux antibiotiques et à l’échappement au traitement.

Au cours de l’infection, nombreux pathogènes ciblent la chromatine de l’hôte ou sa machinerie épigénétique, altérant son épigénome et la réponse immunitaire. TheraEPI ambitionne d’inhiber chimiquement les modifications épigénétiques produites par les bactéries, dans le but de contrecarrer les avantages de la bactérie, renforcer les défenses de l’hôte et de minimiser l’émergence de la résistance bactérienne. Le projet combine une panoplie de compétences en biologie et épigénétique des infections, en protéomique, en chimio-informatique et en chimie médicinale, dans la conception de médicaments. Sept agents pathogènes – des genres Chlamydia, Legionella, Listeria, Pseudomonas, Staphylococcus, Streptococcus et Theileria – retenus comme modèles d’infection seront utilisés pour cribler des chimiothèques spécifique et originaux ciblant les méthyltransférases d’histones ou les protéines qui reconnaissent les histones méthylés, afin d’identifier les composés chimiques qui inhibent la croissance microbienne et/ou réduisent la répression de la réponse immunitaire de l’hôte. Les meilleurs candidats médicaments seront optimisés en termes d’efficacité, de sélectivité et de propriétés pharmacologiques par chimie médicinale. Les cibles des composés actifs seront identifiées en utilisant de nouvelles approches de protéomique. L’activité des composés sera évaluée dans des modèles infectieux complexes, notamment dans des cellules humaines primaires et chez la souris pour obtenir la preuve de concept de leur potentiel comme nouveaux agent antibiotiques. Cette approche innovante devrait contribuer à traiter les infections sans sélection de résistance.