Historiquement, la phagothérapie a existé avant la découverte des antibiotiques. Le concept repose sur les travaux du microbiologiste Félix d’Hérelle (1873-1949), à l’Institut Pasteur de Paris, qui, dans les années 1920, isola des phages à partir des selles de patients ayant guéri de shigellose (une diarrhée infectieuse due à Shigella spp. ), avec lesquels il traita, par voie orale, des patients souffrant de cette infection bactérienne digestive. Il avait alors décrit le bactériophage comme un agent « d’immunité », infectant la bactérie et permettant la guérison de l’infection. Un de ses disciples, le microbiologiste soviétique George Eliava (1892-1937), de retour en Géorgie, fonda à Tbilissi l’institut du bactériophage qui portera son nom (Institut George Eliava) ; la phagothérapie se développera ensuite particulièrement en Union soviétique (URSS) et en Pologne. En France, après avoir été développée à l’Institut Pasteur de Lyon dans les années 1960-1970, la phagothérapie fut abandonnée, en raison de la mise à disposition de divers antibiotiques à large spectre, administrables par voie intraveineuse ou par voie orale [ 3 , 4 ].

La recherche de phages naturels dans l’environnement (ou phage discovery ) nécessite la collecte d’eaux usées, riches en bactéries, mais également en phages lytiques ciblant différentes bactéries d’intérêt. Après des étapes de filtration, les eaux contenant les phages sont mises en culture avec la bactérie contre laquelle un ou des phages sont recherchés. En l’infectant, les phages lytiques spécifiques, s’ils sont présents, s’amplifient. Afin d’identifier chaque phage lytique d’intérêt et de le purifier, la procédure d’amplification et la culture sont réalisées plusieurs fois. Chaque phage sera finalement conservé dans une collection biologique (par exemple des staphylocoques pour les phages ciblant Staphylococcus aureus ).

Le spectre d’activité de chaque phage lytique d’intérêt est évalué sur des collections de souches cliniques afin de sélectionner les plus pertinents. Mais avant d’envisager une utilisation chez l’homme, le processus final de purification est complexe : il nécessite une réamplification de la population de phages à partir d’une souche bactérienne dédiée à la production pharmaceutique, et nécessite d’éliminer les débris bactériens, les solvants et les polluants potentiellement présents dans le produit obtenu.

Les phages actuellement produits en Géorgie ou dans la Fédération de Russie ne répondent pas aux exigences de qualité pharmaceutique de l’Agence européenne du médicament (EMA). Quelques établissements pharmaceutiques français, européens ou américains cherchent à produire des phages répondant à ces exigences de qualité pharmaceutique. C’est également le cas de certaines structures publiques, comme l’hôpital Reine Astrid (Bruxelles, Belgique), ou les Hospices Civils de Lyon, avec notamment le programme PHAGE in LYON [ 5 , 6 ]. Certains groupes de recherche ou établissements pharmaceutiques développent par ailleurs des phages génétiquement modifiés afin qu’ils résistent au système CRISPR-Cas mis en œuvre par les bactéries pour limiter l’infection virale, ou pour améliorer leurs propriétés antibactériennes ou élargir leur spectre d’hôtes [ 7 ].

Le statut des phages n’est pas encore clairement défini par l’EMA. S’agissant de virus naturels, ils peuvent être considérés comme des allergènes, mais également comme des principes actifs (en anglais, API pour Active Pharmaceutical Ingredients ), ou des médicaments, notamment des médicaments de thérapie innovante. Pour chacune de ces catégories, les processus de développement et les contrôles qualité seront différents [ 8 ].

En Belgique, les phages sont considérés comme des API. On retrouve ainsi, au sein de la pharmacopée ^2, belge, une monographie détaillant le processus de production et les contrôles qualité relatifs aux phages utilisés en thérapeutique [ 5 ]. Plus généralement, la phagothérapie correspond aujourd’hui au statut de préparation magistrale ³ ( compounding pharmacy ) à base de phages naturels purifiés « sur mesure », permettant une phagothérapie dite personnalisée, pleinement adaptable à la souche infectante du patient. Ce statut de préparation magistrale existe en France comme en Europe, où la préparation répond aux exigences des bonnes pratiques de préparation (BPP). Cette phagothérapie personnalisée se distingue des cocktails de phages « fixes » développés par les industriels selon un processus similaire à celui appliqué pour la fabrication d’un médicament. Ces préparations répondent alors aux exigences des bonnes pratiques de fabrication (BPF), plus contraignantes en termes de processus de production, plus exigeantes en termes de qualité du produit final, mais permettant de produire des lots de phages plus importants [ 9 ].

Clarifier les exigences de qualité et de sécurité des phages, ainsi que la faisabilité de la phagothérapie, reste nécessaire car le statut du médicament n’est pas compatible avec une approche personnalisée, une approche qui semble indispensable compte-tenu de la spécificité du couple phage-bactérie et de leur dynamique de « coévolution ». La prise en compte de la personnalisation du traitement et de la biologie évolutive, essentielle pour le développement de la phagothérapie, nécessite donc de la définir avec le statut de préparation magistrale.

En utilisant des phages « naturels » (qui ne sont donc pas génétiquement modifiés), et en fonction du statut du traitement (phagothérapie personnalisée ou recours à des cocktails « fixes »), les contrôles qualité peuvent varier. Au minimum, les phages d’intérêt préalablement mis en collection sont purifiés par des étapes successives d’amplification, de centrifugation et de filtration. Ils doivent ensuite être caractérisés avant une éventuelle utilisation en médecine humaine (comme c’est le cas pour, par exemple, les principes actifs chimiques). Cette caractérisation correspond, tout d’abord, à l’identification des phages (séquençage, microscopie électronique, absence de phages tempérés) et reprend les données concernant le processus de bioproduction (souche bactérienne utilisée pour l’amplification, techniques de purification). Des contrôles de qualité des lots préparés doivent ensuite être effectués (pureté, quantification, taux d’endotoxines, stérilité, pH, absence de débris cellulaires, cytotoxicité), et la stabilité (phages seuls sous forme de suspension ou sous forme de cocktail) doit être évaluée [ 5 , 9 ]. Il est important de noter que les contraintes liées au statut BPF d’un médicament imposent une production par un laboratoire pharmaceutique avec des exigences pré-cliniques importantes (absence de toxicité cellulaire et recherche de la dose efficace grâce à des modèles in vitro et in vivo ) et cliniques (essais cliniques).

À ce jour, aucun phage n’a reçu d’autorisation de mise sur le marché (AMM). Les seuls phages à disposition sont des phages en cours d’évaluation dans des essais cliniques et développés par des industries pharmaceutiques. Il est cependant possible de demander un usage dit « compassionnel » si le patient ne peut être inclus dans l’essai. Des phages produits par des structures académiques peuvent également être utilisés dans ce cadre, à condition qu’ils répondent aux exigences de qualité demandées par l’Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé (ANSM), exigences qui évoluent puisque le statut des phages n’est pas défini à l’échelle européenne. L’usage compassionnel n’est possible que si tous les traitements conventionnels ont échoué, chez un patient à haut risque de décès ou de perte fonctionnelle majeure, comme une amputation. Cela entre dans le cadre de la déclaration d’Helsinki élaboré par la World Medical Association ( WMA ), qui dicte les principes éthiques pour la recherche médicale impliquant des sujets humains ; un comité d’éthique local peut également être sollicité [ 10 ].

Assez tôt dans l’histoire de la phagothérapie, des cocktails prêts à l’emploi, ont été produits pour cibler les streptocoques et S. aureus (les bactéries les plus fréquemment impliquées dans les infections de la peau et des tissus mous), responsables de maladies particulièrement courantes, notamment en cas de plaie traumatique. L’Union soviétique avait en effet élaboré de tels cocktails, mis à disposition de ses troupes, pour une application locale topique, préventive en cas de plaie traumatique, ou curative en cas d’infection avérée [ 3 ]. Plusieurs de ces cocktails sont toujours utilisés dans cette indication en Géorgie par le centre Eliava. En France, il n’existe aucun essai thérapeutique évaluant la phagothérapie dans les infections de la peau et des tissus mous ; de très nombreux antibiotiques ont en effet reçu une AMM et sont largement utilisés dans cette indication. En revanche, en Belgique, le recours aux phages en application locale est courant à l’hôpital Reine Astrid de Bruxelles, pour les patients brûlés nécessitant une prise en charge en réanimation, chez lesquels des surinfections par Pseudomonas aeruginosa sont fréquentes [ 14 ]. Une réduction de la charge bactérienne par les phages, certes moindre comparativement à un antibiotique de la famille des sulfamides associé à un sel d’argent antiseptique, appliqué localement, a été démontrée dans l’essai thérapeutique phagoburn de phase I/II publié en 2019 [ 15 ].

Plusieurs cas d’infections pulmonaires graves traitées par phagothérapie personnalisée ont été publiés [ 16 , 17 ]. La phagothérapie semble en effet pertinente dans cette indication, en thérapie adjuvante des antibiotiques, notamment chez les patients atteints de mucoviscidose, qui sont souvent colonisés et infectés par des souches de S. aureus ou de P. aeruginosa . La phagothérapie est parfois administrée par voie intraveineuse exclusive, par aérosols, ou par ces deux voies d’administration. Récemment, des infections graves à mycobactéries ont été traitées et guéries par une phagothérapie personnalisée [ 18 ].

Les infections ostéoarticulaires (IOA) sont des infections graves pouvant menacer le pronostic vital ou fonctionnel du patient. Toutes les IOA ne semblent pas être de bonnes indications de la phagothérapie. Les phages ont été utilisés avec succès pour traiter des IOA chroniques, comme des ostéites post-traumatiques ou les ostéomyélites [ 19 ]. Les infections associées à la pose de prothèses articulaires représentent également une bonne indication de la phagothérapie, notamment lorsqu’il s’agit d’une infection chronique chez des patients pour qui l’explantation de la prothèse aboutirait à une perte importante de fonction [ 20 ]. Chez ces patients, la principale cause d’échec de l’intervention semble liée à la persistance bactérienne à la surface de l’implant, sous la forme de biofilm. Dans différents modèles in vitro , les phages se révèlent capables de cibler ce biofilm bactérien, de manière synergique avec les antibiotiques [ 21 ].

Dans le cadre de son mandat de Centre de référence des IOA complexes (CRIOAc), les Hospices de Lyon développent des thématiques anti-infectieuses innovantes, dont la phagothérapie [ 22 ]. En effet, un centre de phagothérapie a été créé au sein du CRIOAc Lyon avec la mise en place d’une plateforme d’orientation et de validation du recours aux phages en réunion de concertation pluridisciplinaire (RCP) [ 6 ]. Depuis 2017, plus de 40 patients ont ainsi pu être traités par phagothérapie, majoritairement des patients présentant une infection de prothèses articulaires. Chez des patients présentant des infections récidivantes à S. aureus ou à P. aeruginosa (les deux seules bactéries que l’on peut actuellement traiter par phagothérapie en France), l’infection a pu être contrôlée par l’administration d’un cocktail de phages efficaces. Ce cocktail avait été administré comme thérapie adjuvante au cours d’une chirurgie dite conservatrice ^5, , avec administration de phages localement dans la cavité articulaire, puis fermeture du site opératoire. Tous ces patients en impasse thérapeutique, avec des échecs itératifs (en dépit d’une ou plusieurs prises en charge antérieures par chirurgie et antibiothérapie), avaient reçu des antibiotiques au long cours. Aussi, l’effet précis des phages dans cette évolution favorable reste difficile à déterminer [ 6 , 20 , 23 ]. D’autres patients présentant une IOA pourraient potentiellement être éligibles à une phagothérapie personnalisée, notamment ceux présentant des abcédations (sur matériel ou non) dans lesquelles il serait possible d’injecter des phages.

Les infections urinaires sont des infections courantes en médecine de ville. Elles affectent la vessie (cystite) ou les voies urinaires parenchymateuses (pyélonéphrite, prostatite). La problématique concerne cependant l’accès au site infecté, possible par voie orale avec les antibiotiques, mais a priori impossible avec les phages qui ne sont pas suffisamment absorbés au niveau du tractus digestif. Un essai thérapeutique a récemment évalué le cocktail Pyophage, élaboré par le centre Eliava en Géorgie. Ce cocktail a été administré par injection intravésicale pendant sept jours, dans des infections urinaires masculines, avant résection endoscopique urétrale de la prostate. Le taux de succès après phagothérapie ne s’est pas révélé inférieur à celui du groupe traité par antibiothérapie, mais pas supérieur à celui du groupe ayant reçu un placebo par voie intravésicale [ 24 ].

L’utilisation de bactériophages dans le traitement des infections bactériennes digestives est historique : il s’agit des premières infections bactériennes traitées par phagothérapie. Cette indication a fait l’objet de plusieurs travaux pré-cliniques aux résultats contrastés [ 25 ] ( Tableau I ). L’efficacité des phages pour éradiquer une cible bactérienne spécifique est en effet souvent mise en échec lorsque l’on se place dans une situation d’équilibre de l’écosystème intestinal, comme dans le cadre d’un portage asymptomatique ( Salmonella Typhimurium , Escherichia coli ). Une hétérogénéité spatiale existe également dans la lumière intestinale. Ainsi, dans certaines portions du tractus digestif, la présence d’une abondante couche de mucus peut protéger les bactéries cibles en réduisant leurs interactions avec les phages ( Figure 3 ).

Tableau I. Bactérie ciblée Modèles animaux (nombre d’études) Contexte pathologique Efficacité Escherichia coli (différents sérotypes dont E. coli O157 : H7) Souris (11) / vache (3) / mouton (5) / rat (1) cochon (1) / porcelet (1) / veau (1) /agneaux (1) Portage asymptomatique Infection Variable, principalement transitoire Réduction de la concentration en bactéries dans les selles / amélioration de la survie Enterococcus faecalis Souris (1) Portage asymptomatique Transitoire (< 3 jours) Pseudomonas aeruginosa Souris (1) Modèle de bactériémie à porte d’entrée digestive Faible réduction de la concentration bactérienne dans les selles / amélioration de la survie Listeria monocytogenes Souris (1) Infection Éradication de la bactérie dans les selles / absence de perte de poids Salmonella enterica Typhimurium Cochon (7) Portage sain Diminution non significative, parfois prolongée, dans les selles Shigella sonnei Souris (1) Infection transitoire spontanément résolutive Réduction de la concentration de bactéries dans les selles Yersinia enterocolitica Souris (1) Infection Réduction de la concentration de bactéries / diminution des lésions histologiques Vibrio cholerae Lapin (3) / souris (2) Infection / prévention d’une infection Diminution de la concentration de bactéries / amélioration de la survie / protection contre l’infection Synthèse des principaux essais pré-cliniques de l’utilisation des phages dans le traitement des infections bactériennes intestinales (pour une revue spécifique, voir [ 25 ]).

Les résultats les plus significatifs ont cependant été observés dans des contextes d’infection symptomatique : infection par Vibrio cholerae ou par Yersinia enterocolitica . La notion de résilience du microbiote intestinal ⁶ doit toujours être considérée, en particulier dans le cadre de la phagothérapie, et suggère la pertinence d’approches combinées ciblant plusieurs composantes de l’écosystème intestinal, comme le compartiment immunitaire, ou l’association d’un cocktail de phages avec un traitement antibiotique, par exemple.

Pour cibler des bactéries présentes dans l’intestin, la phagothérapie repose donc sur différents paradigmes : cibler directement des agents pathogènes digestifs responsables d’une infection symptomatique (diarrhées, iléo-colite) ; cibler des bactéries digestives responsables d’une colonisation avec un risque d’infection secondaire ou de diffusion dans l’environnement ; restaurer un écosystème microbien conférant une résistance accrue aux agents pathogènes « opportunistes », comme c’est le cas dans l’infection à Clostridioides difficile (anciennement Clostridium difficile ) (ICD).

Pour les agents pathogènes digestifs responsables de diarrhées, plusieurs études avaient évalué l’effet de phages ciblant la bactérie Vibrio cholerae , responsable du choléra, une infection digestive hautement contagieuse et grave, afin de proposer une alternative aux antibiotiques. Les résultats se sont révélés contrastés, et aucun essai thérapeutique récent n’a pu être concluant [ 3 , 26 ]. Dans les diarrhées infantiles, un essai a évalué un cocktail de phages ciblant E. coli , mais les phages n’ont pas apporté de bénéfice clinique, en raison d’une couverture insuffisante des souches bactériennes responsables des infections par les phages utilisés, mais aussi de la nécessité d’utiliser des doses de phages oraux élevées [ 27 ].

Pour les agents pathogènes à l’origine de colonisation du tractus digestif, le recours aux phages semble pertinent pour envisager l’éradication d’un portage de bactéries hautement résistantes (BHRe). Des préparations personnalisées de phages actifs, administrables par voies orale et intra-rectale, ont permis, par exemple, d’éradiquer le portage digestif de la bactérie Klebsiella pneumoniae productrice de carbapénémase, chez un patient qui présentait des infections itératives par cette bactérie [ 28 ].

Dans les infections à Clostridioides difficile (ICD), les phages pourraient être utilisés comme outil thérapeutique. C. difficile est une bactérie à Gram positif, sporulée, intestinale qui produit des toxines à l’origine d’une colite inflammatoire. Avec plus de 120 000 cas par an en Europe, l’ICD constitue un enjeu de santé publique, en particulier en raison de la fréquence des récidives pour lesquelles les possibilités thérapeutiques restent limitées. Il s’agit d’un modèle unique de maladie de l’écosystème intestinal favorisée par une rupture de l’homéostasie des relations entre l’hôte et son microbiote, notamment à la suite d’une antibiothérapie. Les bactériophages sont impliqués à différents niveaux dans la physiopathologie de cette infection. En effet, en plus du potentiel infectieux des souches de C. difficile , certains phages peuvent favoriser le transfert de matériel génétique pathogénique entre les souches bactériennes, comme des gènes codant des toxines, identifiées dans le génome de certains phages, ou promouvoir une modification du microbiote qui permettrait la survenue d’une ICD [ 29 ].

L’utilisation de phages pour le traitement de l’ICD a été surtout évaluée chez l’animal. Dans un modèle de hamster, un cocktail de bactériophages spécifiques ciblant la bactérie a ainsi permis de diminuer la charge bactérienne, in vitro et in vivo, mais sans conférer de protection durable contre l’infection, avec un taux de survie analogue chez les animaux traités et non traités infectés par une souche toxinogène de C. difficile [ 30 ]. La modification génétique de phages à l’aide, par exemple, du système CRISPR-Cas3, pour augmenter leur pouvoir lytique, pourrait toutefois améliorer l’efficacité de cette approche [ 31 ].

La modulation de la composition du microbiote que les phages induisent pourrait être à l’origine, au moins en partie, des effets thérapeutiques que l’on observe avec la transplantation de microbiote fécal (TMF), la thérapie la plus efficace aujourd’hui dans le traitement des formes multi-récidivantes d’ICD. Une étude suggère ainsi l’existence d’une corrélation entre la diversité en phages présents dans les selles du donneur et l’efficacité de la TMF [ 32 ]. Dans une étude prospective de faible effectif, l’implantation des phages de la famille des Caudovirales du donneur s’est révélée également associée à une meilleure réponse à la TMF, en corrélation avec des modifications de plusieurs familles bactériennes [ 33 ]. Enfin, l’observation que le transfert d’un filtrat sans bactérie vivante mais contenant des phages isolés de selles d’un donneur sain était associé à une guérison chez des patients présentant une ICD récidivante, renforce l’hypothèse d’un rôle thérapeutique direct des phages dans cette infection [ 34 ]. Ces différents travaux suggèrent donc que les modulations du virome pourraient constituer un outil thérapeutique d’intérêt au cours de l’ICD. Des études supplémentaires sont néanmoins nécessaires pour en préciser les modalités, l’efficacité clinique et la place dans l’arsenal thérapeutique déjà existant.

Il existe enfin un rationnel pour moduler le virome dans les maladies multi-factorielles non infectieuses dans lesquelles le microbiote a été identifié comme un acteur majeur. Le rôle du microbiote dans les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), telles que la maladie de Crohn ou la recto-colite hémorragique, a ainsi été particulièrement exploré. Les patients atteints de ces maladies développent une inflammation chronique intestinale liée à une réponse immunitaire inappropriée vis-à-vis des antigènes microbiens ou alimentaires. Bien que la majeure partie des travaux étudiant le rôle du microbiote dans les MICI portent sur son contingent bactérien, plusieurs études suggèrent un rôle significatif du virome. Ainsi, une augmentation de la diversité de l’ensemble du virome intestinal, avec une expansion des bactériophages de l’ordre des Caudovirales, a été observée chez les patients présentant une maladie de Crohn [ 35 ]. L’analyse de la composition et du profil fonctionnel des phages intestinaux révèle également une modification profonde de la structure du virome chez les patients atteints de MICI avec une augmentation de la proportion de phages virulents et libres [ 36 ]. Ces modifications du virome sont corrélées à des modifications du microbiote bactérien, illustrant les interconnexions entre les différents micro-organismes peuplant l’intestin et l’importance d’une approche incluant l’ensemble de ces micro-organismes dans la compréhension du rôle du microbiote dans les maladies intestinales. Notons que l’hôte n’est pas exclu de ces interactions puisque des études épidémiologiques ont montré une association entre les MICI et les polymorphismes des gènes FUT (fucosyltransférase) 2 et 3 (qui pilotent la synthèse des antigènes des groupes sanguins) et les ligands des norovirus et des rotavirus dans l’intestin [ 37 ].