l’avenir des peptides antimiroiens issus de la...par sir alexander fleming la solution contre de...

Antibiotiques, antibiorésistance et environnement

des raisons d’espérer

1Séance thématique inter-académique

L’avenir des peptides antimicrobiens issus de la biodiversité comme agent thérapeutique.

Sommes-nous face à un rêve ou à une réalité ?

Cible(s)

+Dr Philippe BULET, PhD, DR CNRS

AdressePlateforme BioPark d’Archamps, Archamps Technopole (74)

Me contacterphilippe.bulet@univ-grenoble-alpes ; [email protected]

Institute for Advanced Biosciences

mailto:[email protected]?subject=

L’aventure des antibiotiquesUne résistance de plus en plus rapide


beta

lactamineUne des découvertes majeure du 20ème siècle (1928)

La pénicilline isolée de Penicillium glaucumpar Sir Alexander Fleming

La solution contre de nombreuses infections (1941)

L’usage abusif des antibiotiques a conduit à l’émergence de plus en

plus rapide de résistances, de multi-résistances et depuis

novembre 2015à une totale résistance de

certaines souches bactériennes.

Mortalité liée à la résistance aux antibiotiquesProjection 2050


Mortalité liée à la résistance aux antibiotiquesface aux autres causes majeures de mortalité

Mortalité liée à la résistance aux antibiotiques :répartition mondiale

Un besoin urgent en nouveaux antibiotiques


0 7,5 15 22,5 30 37,5

1980 - 1989

1990-1999

2000-2010

>2010

Nombre d’antibiotiques développés et approuvés

systémique application, donnée issues du« Center for Drug Evaluation and

Research » (FDA)

La question qui est poséeFaut-il chercher de nouveaux antibiotiques à partir de familles déjà connues ?

Faut-il découvrir de nouvelles approches de traitements et/ou de nouvelles familles d’antibiotiques ?

La menace d’une ère pré-antibiotique est réelle !La Tribune de Genève, 31 Mai 2016

5

LES PEPTIDES ANTIMICROBIENS SONT ILS UNEALTERNATIVE

AUX ANTIBIOTIQUES DITS CONVENTIONNELS ?

Origine, diversité structurale, multifonctionsdiversité d’expression, modes d’actions variés

Séance thématique inter-académique

Evolution phylogénétique & Mécanismes de défense

6

Tout organisme vivant, qu’il soit microbien, végétal ou animal, est constamment confronté à des attaques par des agents pathogènes

Gnathostomes


Les PAMs chez les micro-organismes


Letunic, I & Bork, P. 2007 "Interactive Tree Of Life (iTOL): an online tool for phylogenetic tree display and annotation" . Bioinformatics 23 (1): 127–128.

PAMschez les micro-organismes

archées, bactéries, champignons, protistes, microalgues

Biosynthèseribosomique non ribosomique

Bactériocines

RiPPs*

NRPs**

PTMs

* Peptides ribosomiques avec modifications post-traductionnelles

** Peptides non ribosomiques 300 PAMs, Nes et al, 1925

30 et 99% des bactéries et des archéesproduisent au moins un PAM

Les défensines de plantes

8

Découvertes dans les années 90.Base de données PhytAMP300 peptides

271 sequences 7 structural groups based on primary structures Garcia-Olmedo et al. 1998; Plant defense peptides. Biopolymers 47(6):479-91. Castro & Fontes 2005 Plant defense and antimicrobial peptides. Protein Pept Lett. 12(1):13-8

http://phytamp.pfba-lab-tun.org


L’historique des découvertes des PAMs ou Peptides de défense

9

Premier isolementPremier PAM chez invertébrés

Premières défensines

Recherches intensives

Kiss et Michael Habermann et al. Boman et al. Lehrer et al. Zasloff et al.

Le premier symposium sur les peptides antibactériens, proposé parH.G. Boman et Joan Marsh est organisé par la CIBA FONDATION, à Londres, en Janvier 1994. (Marsh J. & al., 1994)

Nicolas et al.


Un exemple de base de données

10

Wang, G., Li, X. and Wang, Z. (2016) APD3: the antimicrobial peptide database as a tool for research and education. Nucleic Acids Research 44, D1087-D1093.


Les PAMs décrits chez les animaux sont les plus représentés : >75%48% chez les vertébrés, dont 38% chez les amphibiens

0,00% 20,00% 40,00% 60,00% 80,00%

Protozoaires

Synthétiques

Bacteries

Champignons

Plantes

Animaux

0,23%

1,58%

8,43%

0,47%

13,55%

75,73%0%

30%

60%

90%

120%

Étiquette 4

52%

1%

38%

2%4%4%Poissons, 100Mammifères, 113Oiseaux, 38Amphibiens, 1012Reptiles, 22Autres, 1390

30% (417) issus d’insectes

2675 séquence février 2016

Les PAMs « eucaryotes »codés par des gènes

11

Un gène à plusieurs domaines


La localisation des PAMs chez l’Homme


13

Diversité structurale, fonctionnelleet dans leur mode d’action


Diversité structurale des PAMs


Diversité structurale des PAMsen résumé


Cécropine (1981)

Drosocine (1993)

Défensine d’insecte (1989)

beta - Défensine bovine (1989), humaine (1995)

alpha-Défensine de lapin (1985), humaine (1985)

Magainine (1987)

33%

45%

14%

8%

Hélice alpha

Feuillet beta

Linéaire ou sans structure

Hélice alpha & Feuillet beta

Brévinine (1992) & Thanatine (1996)

Protégrine (1993) & Gomésine (2000)

Diversité structurale des PAMs

16

Nombreux points communs

Petite taille

généralement < 10 kDa, soit mois de 100 acides aminés

Charge globale positive à pH physiologique

souvent comprise entre +7 à +11

Stéréogéométrie de type amphipathiqueface hydrophobe vs face polaire

Malgré cela la classification reste emblématiqueSéance thématique inter-académique

PAMs MultiFonctionsquoi de plus ?


020

40

60

80

Antibactériens

Désormais MultifonctionsUn véritable «Swiss Army Knife»

Préalablement :Peptides antimicrobiens

Antitumoraux

Antiviraux

Toxines

Chimiotactisme

Antiparasitiques

Antiendotoxine

Insecticides

CicatrisantEffet adjuvant

Angiogenèse

Phagocytose

Conservation alimentaire

Couleur du pelage chez le chien

Et quoi de plus ?

Immunomodulateur

Naissance tube pollinique

L’estomac du manchotgarde-manger ou usine à antibiotiques ?

18

Deux obligations pour les parents1. Nager pour récolter de la nourriture, 500 km loin de la

zone de ponte sur l’Ile de la Possession2. Incuber l’oeuf unique, et nourrir le précieux poussin.

Une stratégie fascinanteLe mâle conserve de la nourriture non digérée.

Une observationLes bactéries retrouvées dans le contenu stomacal sont soit

stressées soit mortes.

Une découverteLa conservation des aliments est liée à une défensine beta(sphéniscine) antimicrobienne présente dans le contenustomacal.

Manchot royalAptenodytes patagonicus


Pourquoi les PAMs privilégient les cellules procaryotes ?

19

G+ G-

Interactionsavec la

membrane

Insertion & Orientation

Structuration & Oligomérisation

Renforçateur membranaire, cholestérol

Phospholipides anioniques

Phospholipides zwittérioniques

Membrane eucaryotes

++

++ +

+

++

++

++

+ +

PAMs (pI +7 à +11)

Interactionsélectrostatiques et hydrophobes

Membrane procaryotes

+ + +

Interactionshydrophobes

Potentiels de membrane différents :approx. -70 mV pour cellules eucaryotes

approx. > -120 mV pour procaryotes


Différents modes d’action


Perturbation membranairehélices alpha

Pas de perturbation membranairePrPAM

Interaction membranaire et intracellulairedéfensines de plante

Interactions avec des sphingolipids complexes: sphingolipides contenant des groupements inositol phosphore (M(IP)2C) et glucosylceramides (GlcCer).

21

Les PAMs comme agents thérapeutiquesles antibiotiques du futur ?

Question très ouverte


Le pipeline des médicaments


Programmes de développement

23

Genaera Corp Magainins Ulcères du pied chez les diabétiques

EntoMed SA Defensins Infections nosocomiales

Le seul a avoir atteint le niveau FDA: dérivé de magainine (MSI78), pexiganan acétate

Pour :Une chaine linéaire (22 aa)Très large spectre sur isolats cliniques (R et MR, pénicilline, aminoglycosides et quinolones)Faible coût de production (synthèse chimique)Pas d’acquisition de résistance apparentePhase III, 1000 patients efficacité et pas de toxicité

Contre :Durée de vie limitée, sensibilité aux protéasesFormulation sous forme de crème, application uniquement topique

Rejet FDA ?

Un exemple historique : Magainin Pharmaceuticals = Genaera Corp


Les peptides comme agents thérapeutiquesexploration à exploitation

24

> 500 peptides (<50aa) thérapeutiques(http://www.peptidetherapeutics.org/)

AstraZeneca plc., Bachem Holding, Lonza Inc, Merck & Co, Novartis AG, Novo Nordisk A/S,

Sanofi

0

40

80

120

160

Toutes (n=15) Prioritaire (n=6) Standard (n=9)

Du

rée

de

s p

ha

se

s e

n m

ois

Phases cliniques Analyse régulatoire

127,8 mois

98 mois

147,7 mois


Analyse des forces, faiblesses, opportunités et menacesdes peptides naturels et leur usage comme agents thérapeutiques

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Forces• Bonne efficacité, tolérance, sécurité• Sélectivité, rapidité d’action• Métabolisme prévisible• Multifonctions• Protocoles de synthèse standards• Présence dans l’ensemble du règne du

vivant

Faiblesses• Instabilité, sensibles aux protéases• Enclin à l’oxydation et à l’hydrolyse• Possibilité d’agrégation• t1/2 faible, élimination rapide• Disponibilité orale très limitée• Coût de production

Opportunités• Découvertes de nouvelles molécules• Optimisation de séquences. Librairies ciblées• Formulation• Conjuguées avec des thérapeutiques• Voies d’administration non parentale

Menaces• Immunogénicité• Brevets qui tombent• Besoin d’accroitre la sécurité,

l’efficacité• Acquisition de résistance pour certains• Diminuer le coût de production


La biodiversité à notre service

26

>13 millions d’organismes vivants< 2 millions d’espèces connues



Pas d’action actuellement signifie pas de traitement pour demain

Merci pour votre

attention !

1 mort toutes les 3 secondes en 2050

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