Les connaissances sur le microbiote buccal ont connu de grandes avancées récentes, grâce à des révolutions techniques et scientifiques. Ces progrès engendrent une révision complète des concepts expliquant les maladies parodontales. Nous proposons dans cette chronique un panorama des nouvelles découvertes, basé sur l’excellente publication Perio 2000 (volume 86, 2021). Les concepts sont tellement nouveaux que tout un vocabulaire spécifique a été créé pour décrire ces phénomènes, c’est pourquoi vous trouverez un lexique à la fin de la chronique, qui donne la définition des termes en gras dans le texte.
Chapitre 8 : les virus bactériophages
Principalement tiré de l’article de Szymon P. SZAFRANSKI et son équipe, de l’université d’Hannovre (Allemagne), paru dans le journal Perio 2000 2021 ; 86 : 79-96.
Nous avons vu que le microbiote buccal humain contenait de très nombreuses bactéries (jusqu’à 10 milliards d’individus, répartis en 700 espèces), mais il contient aussi de très nombreux virus. La plupart de ces virus sont appelés « phages » pour bactériophages, car ils mangent littéralement les bactéries. Un prélèvement d’un microlitre de salive permet d’isoler 100 000 phages. Ces phages participent à la formation du microbiote, et ils sont probablement très importants pour l’équilibre de celui-ci. En d’autres termes, ces phages peuvent être un atout pour lutter contre les bactéries pathogènes, au même titre que les antibiotiques.
Historiquement, la recherche sur les bactériophages a été laissée de côté depuis l’émergence des antibiotiques. À tout le moins dans le monde occidental, car lors de la guerre froide, les chercheurs de l’Est, qui étaient partiellement privés d’antibiotiques, ont continué à développer des traitements à partir de ces virus. Il subsiste d’ailleurs encore aujourd’hui une expertise et une banque de phages particulièrement importante à Tbilissi en Géorgie (pour plus de renseignements, voir l’encadré ci-dessous « pour aller plus loin »).
Mais depuis quelques années, le problème de l’antibiorésistance relance les recherches sur les bactériophages. L’antibiorésistance est la capacité des bactéries à résister aux antibiotiques. Elle découle de l’administration massive d’antibiotiques à la population, mais aussi aux animaux d’élevage, et des mésusages des antibiotiques : doses trop faibles, périodes trop courtes, automédication et non-respect des posologies prescrites. La résistance aux antibiotiques a causé 5500 décès en France en 2015, et pourrait devenir une des premières causes de mortalité en 2050 (Source Santé Publique France, lien dans la rubrique « pour aller plus loin » ci-dessous). L’avantage majeur des phages est d’avoir la capacité de tuer certaines bactéries, sans altérer le microbiote compatible avec la santé parodontale, donc sans les effets secondaires des antibiotiques.
Qui sont les phages ?
Les bactériophages sont des virus spécifiques d’une bactérie. Comme tout virus, ces agents infectieux ont besoin d’une cellule hôte pour se reproduire, et il s’agit d’une bactérie dans le cas des bactériophages. Leur classification est donc basée sur les bactéries qu’ils infectent, sur leur morphologie, et aussi sur leur génome, comme la classification des bactéries. Pour cette dernière classification, leur génome ne dispose pas d’un locus retrouvé chez chacun d’entre eux (comme l’ARN ribosomal 16s chez les bactéries, voir chapitre 4), et la classification des bactériophages à partir de leur génome est donc beaucoup moins avancée que celle des bactéries. Autrement dit, la proportion de phages dont le génome a été séquencé est très partielle et beaucoup plus faible que celle des bactéries du microbiote buccal : on retrouve les phages séquencés dans un répertoire appelé « Integrated Microbial Genome / Virus (IMG/VR) »
Morphologiquement, les phages ont une capsule de protéines contenant un ADN (tête) et une queue contractile ou non. 96% des phages ont une queue (schéma). On classe également les phages en fonction de leur taille, et leurs fonctions sont dépendantes de leur taille. Les petits phages ont la capacité d’infecter et de tuer les bactéries en se liant à des récepteurs spécifiques (comme les Toll-Like récepteurs par exemple, rendus célèbres par l’épidémie de Covid), selon un schéma commun à de nombreux virus. Les phages plus grands ont des fonctions supplémentaires : ils sont impliqués dans des mécanismes biochimiques, tels que la réplication des phages ou le système CRISPR (voir chapitre 9).
Les bactériophages et les bactéries s’adaptent les uns aux autres pour résister à leurs attaques respectives. Le système CRISPR est un mécanisme biologique grâce auquel les bactéries se défendent contre les phages, en sectionnant et isolant une partie de l’ADN du phage, pour se défendre contre lui lors d’une seconde agression. En retour, les phages s’adaptent également, et peuvent inhiber le système CRISPR grâce à des mutations génétiques ou des protéines spécifiques.
Phages infectant les actinobactéries
Les actinobactéries sont des bactéries qu’on retrouve dans la plaque dentaire, elles sont majoritairement associées à la santé parodontale (symbiose du microbiote), mais peuvent pour certaines d’entre elles être impliquées dans des pathologies buccodentaires (voir chapitre 4). Les représentantes principales de cette classe sont : Actinomyces, Corynbacterium et Rothia. Corynbacterium forme de longs filaments, et est notamment impliquée dans la formation de la structure du biofilm (voir chapitre 5).
On retrouve 241 phages infectant spécifiquement les actinobactéries dans le répertoire IMG/VM. Certains d’entre eux sont impliqués dans le système CRISPR, qui permet aux bactéries de se défendre contre les phages. Une récente étude a montré qu’un phage infectant les actinomyces était impliqué dans la formation du biofilm, probablement grâce à l’ADN relargué dans le milieu, et utilisé par les bactéries pour consolider la structure du biofilm (voir chapitre 3).
Phages infectant les bacteroidetes
Les célèbres pathobiontes Porphyromonas, Tannerella et Prevotella sont des représentants de la famille des bactéroïdetes. Certains d’entre eux sont bien connus, car ce sont des responsables bien identifiés de la parodontite, mais d’autres sont moins connus, car toujours non cultivables. C’est-à-dire que nous n’avons pas trouvé le moyen de les étudier en laboratoire par culture bactérienne (voir chapitre 2).
La base de données de phages IMG/VM en contient à ce jour 308 infectant les bactéroïdetes. Mais malheureusement, très peu de ceux-ci infectent les pathobiontes, tous se concentrent sur les bactéries compatibles avec la santé parodontale. Aucun n’est lié à Porphyromonas, seulement 4 à Tannerella, et 19 à Prevoltella. Ces chiffres limités interdisent pour l’heure de développer une thérapie parodontale basée sur les phages infectant les bacteroidetes.
Phages infectant les firmicutes
Les firmicutes sont les bactéries les plus abondantes dans la communauté autochtone de bactéries compatibles avec la santé parodontale (bactéries commensales). On trouve parmi elles les Streptocoques, qui sont à la fois les premiers colonisateurs du biofilm, mais aussi des représentants importants des biofilms matures. On retrouve dans cette famille Streptococcus Mutans, la bactérie principalement responsable de la carie, et aussi Veillonella, un anaérobie impliqué dans la parodontite (voir chapitre 4).
Cette catégorie de bactéries présente la communauté la plus vaste et la plus diversifiée de bactériophages. On retrouve 961 espèces dans la base de données IMG/VM. Mais là encore, seuls quelques-uns ciblent les pathobiontes identifiés : 4 pour Parvimonas Micra, 3 pour Streptococcus Mutans, et 1 pour Streptococcus Oralis.
Ainsi, l’identification des différents phages est moins avancée que l’identification des bactéries, et le développement d’une thérapeutique contre la carie ou contre la parodontite à base de bactériophages ne pourra pas avoir lieu avec ce niveau restreint de connaissance sur leur communauté.
Relation des phages avec leur milieu
Les bactériophages tendent à être spécialisés d’une niche écologique donnée, comme le sont les bactéries (voir chapitre 1). On distingue ainsi quelques phages « généralistes », qu’on retrouve dans l’ensemble de la cavité buccale, et une majorité de phages « spécialistes », cantonnés à une niche spécifique, comme les dents, la langue ou les autres muqueuses.
Leur population est ensuite influencée par l’état de santé ou de pathologie orale. Les données scientifiques sont clairsemées, mais on sait que certains bactériophages peuvent exister à l’état « dormant » : c’est le cas des phages d’Aggregatibacter, dont le génome est détecté en cas de santé parodontale comme de parodontite, mais dont la présence en cas de santé se limite à un état inactif. Ceux-ci s’activent uniquement en cas de parodontite avancée.
Certaines bactéries ont la capacité d’induire la reproduction des phages, on les appelle des bactéries lysogéniques. C’est le cas d’Aggregatibacter Actynomycetemcomitans (Aa), dont on sait qu’elle est impliquée dans les parodontites les plus sévères. Ces bactéries productrices de phages sont à haut risque d’infections à distance. On a retrouvé Aa dans des infections pulmonaires. Une autre bactérie lysogène Stretococcus Mitis augmenterait les risques d’endocardite, et une étude animale a montré que ces bactéries prophages pouvaient causer des septicémies.
Ainsi, les mécanismes biologiques sont loin d’être tous élucidés, mais il apparaît clairement que les bactériophages sont importants pour l’équilibre du microbiote. Ces virus sont omniprésents, et impliqués tout autant dans la santé (symbiose) du microbiote que dans ses pathologies (dysbiose et parodontite).
Réservoirs et transmissions des phages
La notion de réservoirs de virus est bien définie pour les maladies infectieuses (comme le rhume, l’hépatite, le SIDA ou le COVID). Les virus ne survivent en effet que très peu en dehors de leur hôte, et les bactériophages ne font pas exception : un réservoir de phage comprend donc un environnement, un hôte et le virus lui-même. De la même manière qu’on trouve les virus classiques dans un type de cellule spécifique, on trouve principalement les phages dans les bactéries buccales. Mais ils peuvent aussi traverser la barrière épithéliale (la gencive par exemple), pour se retrouver à l’intérieur de l’organisme, disséminés dans des sites extraoraux. On a notamment retrouvé ces phages oraux dans certaines tumeurs colorectales. Enfin, certaines souches comme les phages infectant Veillonella, existent aussi bien dans la bouche que dans l’intestin.
La transmission des phages peut se faire entre mère et enfant, mais aussi entre membres d’une même famille ou au sein d’un couple. Les données scientifiques sont toutefois peu nombreuses : une étude a montré que les deux personnes d’un même couple avaient une population de phages semblable sur la langue, mais une relation de couple ne semble pas nécessaire pour transmettre des phages, car la contamination peut se faire par des objets également. Ainsi, la transmission des virus bactériophages semble plus facile que celle des bactéries, mais on ne dispose pas de données sur la résilience de la communauté des phages comme sur celle des bactéries (voir chapitre 6).
Relation des phages avec les bactéries
Les populations de bactériophages exercent une forte pression sur les populations de bactéries. Ils ont la capacité de réduire des populations importantes de bactérie. Ils pourraient ainsi permettre l’éradication de bactéries agressives, et libérer la place dans le microbiote pour des bactéries compatibles avec la santé parodontale. Cependant, comme nous l’avons vu précédemment, la recherche sur les phages est toujours dans son enfance, et les progrès à accomplir pour développer une telle thérapeutique restent immenses.
Les bactériophages ne sont pas directement agressifs pour l’organisme humain. Mais parfois, les bactéries et les phages peuvent agir de manière synergique pour créer une pathologie. Ces modèles physiopathologiques sont bien connus avec les virus Herpès et Cytomégalovirus : un Herpèsvirus simplex 1 peut induire une surcroissance bactérienne et créer de l’inflammation gingivale indirectement. Ainsi, les phages peuvent moduler la composition du microbiote, dans un sens comme dans l’autre, et rétablir une symbiose mais aussi créer une dysbiose.
Thérapies basées sur les phages
L’utilisation des phages pour soigner des pathologies microbiennes, au même titre que les antibiotiques, gagne en intérêt ces temps-ci, notamment à cause des problèmes d’antibiorésistance. Ces thérapies antimicrobiennes pourraient être fiables et effectives, et surtout sans les effets secondaires des antibiotiques. Toutefois, la recherche sur le sujet est embryonnaire, et rares sont les essais cliniques de haut niveau de preuve disponible sur le sujet.
On peut citer l’utilisation des phages infectant Pseudomonas, qui dans le traitement cutané des plaies de brûlures, donnent de meilleurs résultats que les antibiotiques classiquement utilisés (sulfadiazine). Les bactériophages ont également montré de bons résultats dans la lutte contre le staphylocoque doré (Staphylococcus Aureus), bactérie hautement résistante aux antibiotiques. Enfin, les phages ont donné des résultats encourageants pour lutter contre les diarrhées de l’enfant. Mais ces applications restent très limitées, et de faible niveau de preuve scientifique : les cohortes de patients soignés avec ces traitements restent encore limitées.
Dans la santé buccodentaire, les recherches ont donné quelques résultats préliminaires intéressants. Le phage de Fusobacterium est capable d’inhiber la croissance du biofilm (la plaque dentaire). Enterococcus faecalis est une bactérie très résistante aux antibiotiques, et elle est fréquemment impliquée dans les infections endodontiques (infections de la pulpe de la dent, aboutissant potentiellement à la rage de dents). Or, un phage d’Enterococcus est capable de réduire le nombre d’E. Faecalis, en rompant la structure de son biofilm. Ces résultats sont malheureusement au stade in vitro, et il reste beaucoup de travail pour les exploiter en bouche. Enfin, il a été proposé d’utiliser certains phages de streptocoques pour lutter contre la carie, en préventif et en curatif. Le gros avantage de cet agent antibactérien anticarie, s’il pouvait être appliqué cliniquement, est d’être ciblé sur Streptococcus Mutans exclusivement, et de respecter les bactéries du microbiote compatible avec la santé orale, parmi lesquelles les autres streptocoques S. sanguinis, S. Oralis et S. Salivarius.
Conclusions
Le séquençage génomique haute fréquence a révolutionné l’étude des bactéries du microbiote oral, et produit des térabytes de données en cours d’exploitation (voir chapitre 4). La caractérisation génétique des bactériophages est nettement moins avancée, et seuls quelques-uns d’entre eux ont été correctement isolés et étudiés. Mais la recherche sur les phages est très prometteuse, car c’est une approche qui apporte de nombreuses solutions aux problèmes soulevés par les thérapeutiques antibiotiques : antibiorésistance et effets secondaires sur les bactéries utiles pour la santé. Cette recherche en est aujourd’hui au tout début, et de sérieux obstacles avant une éventuelle application clinique subsistent : l’isolement des phages adéquats reste à accomplir, et la production de phages stables reste un défi biotechnologique inédit. C’est pourquoi il faut poursuivre la recherche, pour améliorer notre compréhension globale de l’écosystème des micro-organismes du microbiote oral, dont les phages sont partie intégrante.
Pour aller plus loin
Reportage :
« L’incroyable histoire des tueurs de bactéries » Arte 2019
https://boutique.arte.tv/detail/incroyable_histoire_tueurs_bacteries
Livre :
« La nouvelle microbiologie » de Pascale Cossart, éditions Odile Jacob, 8 juin 2016.
https://www.odilejacob.fr/catalogue/sciences/biologie/nouvelle-microbiologie_9782738133311.php
Site internet :
« La résistance aux antibiotiques : chiffres clés de Santé Publique France »
Lexique
ANAÉROBIE : se dit d’une bactérie ayant du mal à survivre en présence d’oxygène. En parodontologie, les bactéries anaérobies sont donc les bactéries qui vivent dans le sillon gingivodentaire ou dans les poches parodontales, et qui sont donc plutôt constitutives du microbiote pathologique.
ARN RIBOSOMAL 16S : marqueur taxonomique standard, c’est-à-dire que c’est une portion du code génétique d’une bactérie, qui lui est spécifique et qui rend possible son identification, et qui est suffisamment petit pour rendre le séquençage rapide et économique. Il existe une banque de données de plusieurs millions d’ARN ribosomaux 16s, ce qui permet une identification facile. On appelle cet ARN 16s le « code barre » des bactéries.
BACTÉRIOPHAGES OU PHAGES : virus spécifique d’une bactérie.
BIOFILM : organisation des bactéries, qui consiste en une matrice extracellulaire dans laquelle elles s’enchâssent, afin d’être protégée de toute agression extérieure. La plaque dentaire est l’ensemble constitué par le biofilm et par les bactéries présentes en son sein.
CELLULES : unité de base de tout organisme vivant, animal ou végétal, qui constitue les différents tissus des êtres vivants.
DYSBIOSE : déséquilibre dans un microbiote aboutissant à différentes pathologies.
CRISPR : acronyme de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, système utilisé par les bactéries pour se défendre contre les virus bactériophages, et qui leur permet de couper une portion de l’ADN des virus pour l’utiliser lors d’une seconde infection pour reconnaître les virus.
CULTURE BACTÉRIENNE : technique de laboratoire qui vise à faire se développer des bactéries prélevées chez un humain dans un milieu de croissance in vitro.
COMMENSAL : signifie étymologiquement avec lequel on mange, se dit des bactéries naturellement présentes dans l’organisme humain, contrairement aux bactéries exogènes qui colonisent l’organisme et peuvent le rendre malade.
MICROBIOTE : ensemble des bactéries vivant dans une niche écologique donnée.
PATHOBIONTE : bactéries présentes naturellement dans le microbiote buccal, mais potentiellement agressives pour le parodonte. Elles sont responsables de la parodontite, lorsque leur population dépasse une certaine concentration.
PARODONTITE : maladie aussi appelée déchaussement des dents, d’origine bactérienne, et qui aboutit à la destruction du parodonte, c’est-à-dire des tissus de soutien des dents, au premier rang desquels la gencive et l’os de soutien des dents.
PROTÉINES : grosse molécule biologique présente dans les êtres vivants, et leur fournissant notamment des nutriments essentiels.
SÉQUENÇAGE GÉNOMIQUE HAUTE FRÉQUENCE : technique récente d’identification des bactéries en présence dans un milieu biologique.
SYMBIOSE : état d’harmonie, de santé, entre le microbiote et son hôte.