Contagiosité, capacité reproductrice et évolution de Mycobacterium
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Contagiosité, capacité reproductrice et évolution de Mycobacterium
INT J TUBERC LUNG DIS 13(12):1456–1466 © 2009 The Union ETAT DE LA QUESTION SERIE ETAT DE LA QUESTION Tuberculose à germes résistante aux médicaments Edité par C-Y. Chiang NUMERO 2 DE LA SERIE Contagiosité, capacité reproductrice et évolution de Mycobacterium tuberculosis résistant aux médicaments S. Borrell, S. Gagneux Division of Mycobacterial Research, Medical Research Council National Institute for Medical Research, London, UK RÉSUMÉ Les modèles mathématiques prédisent que l’avenir de l’épidémie de la tuberculose multirésistante (TB-MDR) et de la tuberculose ultrarésistante (TB-XDR) dépendra dans une large mesure de la capacité de transmission et de la vitalité relative de Mycobacterium tuberculosis résistant aux médicaments par comparaison aux souches sensibles. Les études d’épidémiologie moléculaire comparant la dispersion des souches résistantes aux médicaments à celle des souches sensibles ont donné des résultats contradictoires. Les souches MDR peuvent être jusqu’à dix fois plus ou dix fois moins contagieuses que les souches sensibles à tous les médicaments. Des travaux expérimentaux réalisés sur des organismes type ont mis en évidence un niveau de complexité dans la biologie de la résistance bactérienne aux médicaments, complexité qui n’est généralement pas prise en compte au cours des études épidémiologiques standard sur la transmission de la TB. Des études expérimentales récentes portant sur M. tuberculosis indiquent que la résistance de cet organisme aux médicaments pourrait être tout aussi complexe. Par exemple, la vitalité relative des souches de M. tuberculosis résistantes aux médicaments pourrait être influencée par la mutation spécifique responsable de la résistance aux médicaments et par le contexte génétique de la souche. De plus, l’évolution compensatoire qui s’est avérée amoindrir les déficiences de vitalité associées à la résistance aux médicaments dans d’autres bactéries pourrait être un facteur important dans l’apparition et la dispersion de M. tuberculosis résistant aux médicaments. Toutefois, des travaux bien plus nombreux sont nécessaires pour comprendre les mécanismes moléculaires détaillés et les forces évolutives qui stimulent la résistance de cet agent pathogène aux médicaments. Un tel accroissement des connaissances permettra des prédictions épidémiologiques de meilleure qualité et aidera à l’élaboration de nouveaux outils et de nouvelles stratégies pour lutter contre la TB à germes résistants aux médicaments. M O T S - C L E S : évolution ; génotypage ; antibiotique ; virulence ; contagiosité DANS BEAUCOUP DE PAYS DU MONDE, les tuberculoses (TB) à germes multirésistants (MDR) et à germes ultrarésistants (XDR) constituent des problèmes urgents de santé publique.1 Les enquêtes récentes indiquent que la TB-XDR existe dans au moins 50 pays.1 Les estimations pour l’année 2006 signalent que près de 500.000 cas incidents de TB-MDR sont apparus pendant cette année.2 Bien que 500.000 cas représentent un grand nombre, ce nombre est relativement faible quand on le compare au total estimé de 9,2 millions de nouveaux cas de TB survenus en Les articles précédents de cette série Éditorial: Chiang C-Y. State of the Art series on drug-resistant tuberculosis: it’s time to protect fluoroquinolones. Int J Tuberc Lung Dis 2009; 13(11): 1319. No. 1: Zhang Y, Yew W W. Mechanisms of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis. Int J Tuberc Lung Dis 2009; 13(11): 1320–1330. 2006.3 Toutefois, la TB-MDR et la TB-XDR ont-elles la possibilité de progresser de façon plus dramatique à l’avenir pour provoquer une pandémie mondiale ? La réponse à cette importante question dépendra d’une meilleure compréhension des divers facteurs qui déterminent l’apparition et la dispersion de la TB résistante aux médicaments. Les facteurs liés à la qualité des programmes de lutte contre la TB et aux aspects socio-économiques se sont avérés des facteurs prédictifs importants de la résistance à l’égard des médicaments.4 A l’opposé, les facteurs biologiques intrinsèques qui influencent l’apparition et la dispersion de la résistance aux médicaments dans la TB restent largement inconnus.5 Une question fortement débattue depuis longtemps est de savoir si le problème actuel de la TB résistante aux médicaments est Auteur pour correspondance : Sebastien Gagneux, Division of Mycobacterial Research, MRC National Institute for Medical Research, The Ridgeway, Mill Hill, London, NW7 1AA, UK. Tel : (+44) 20 8816 2399. Fax : (+44) 20 8816 2564. e-mail : [email protected] [Traduction de l’article : « Infectiousness, reproductive fitness and evolution of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis » Int J Tuberc Lung Dis 2009; 13 (12): 1456–1466] 2 The International Journal of Tuberculosis and Lung Disease principalement attribuable à une acquisition « de novo » de la résistance au cours du traitement d’un patient individuel (résistance secondaire) ou à une transmission directe de souches résistantes aux médicaments (résistance primaire). Une question connexe est de savoir si les souches de Mycobacterium tuberculosis résistantes aux médicaments sont aussi contagieuses que les souches sensibles aux médicaments. Selon des vues largement répandues, les bactéries résistantes aux médicaments souffriraient d’un « coût en matière de bonne forme » en termes de réduction de la virulence et de la contagiosité par suite de l’apparition de la résistance aux médicaments (on trouvera plus loin une discussion à ce propos). Toutefois, cette notion semble trop simpliste. La présente étude est une revue des observations provenant d’études qui ont abordé cette question dans les perspectives expérimentale, théorique et épidémiologique. Nous nous intéressons particulièrement à la TB-MDR et à la TB-XDR qui ont les effets les plus prononcés sur les résultats du traitement chez le patient. Nous concluons que les évidences disponibles en ce qui concerne la « contagiosité » de M. tuberculosis résistant aux médicaments sont au mieux ambiguës et qu’un plus grand nombre d’études s’imposent. « BONNE FORME » RELATIVE ET RÉSISTANCE AUX MÉDICAMENTS On a utilisé de manière interchangeable pour se référer à la dispersion d’agents contagieux « contagiosité », « facilité de transmission » et « virulence ». Comme tels, ces concepts sont en relation avec la bonne forme Darwinienne des agents pathogènes. On décrit souvent la « bonne forme » darwinienne comme « la probabilité de survivre et de se reproduire ». Dans l’épidémiologie des maladies infectieuses, le résultat significatif reflétant la bonne forme reproductive d’un agent pathogène est le nombre de cas secondaires qu’il entraîne ; cette mesure est connue également comme taux reproductif de base, R0.4 A côté du nombre absolu de cas secondaires, (c’est-à-dire la bonne forme absolue), une mesure fréquemment plus utile est celle de la « bonne forme relative » où le succès d’une variante pathogène particulière est comparé au succès d’une autre. Par exemple, la bonne forme d’une souche bactérienne résistante aux médicaments peut être exprimée relativement à la bonne forme d’une souche sensible aux médicaments. En plus des mesures épidémiologiques, les différences en matière de bonne forme relative peuvent être mesurées expérimentalement. On a fait beaucoup de travaux à ce sujet dans des organismes modèles et, de plus en plus également dans des bactéries pathogènes (voyez Anderson et Hughes pour une revue complète6). Un outil expérimental largement utilisé pour mesurer la bonne forme relative des bactéries est représenté par des tests de bonne forme compétitive où deux souches intéressantes sont mélangées en proportions égales et laissées en compétition face à face pour des ressources limitées dans un environnement commun. Cet environnement expérimental peut être un simple flacon de culture ou un environnement plus complexe, comme une souris co-infectée. A la fin de l’expérience de compétition, la bonne forme de la souche résistante aux médicaments s’exprime sous forme du nombre de générations par lequel la variante résistante aux médicaments est passée relativement à la souche sensible aux médicaments. Une vue générale qui émerge de ces études expérimentales est que les conséquences écologiques et évolutives de la résistance aux médicaments sont complexes.6 La Figure 1 illustre quelques uns des traits clé de l’évolution de la résistance aux médicaments et la façon dont ces aspects peuvent avoir un impact sur la bonne forme relative des bactéries résistantes aux médicaments. Le développement de la résistance à un médicament dans les bactéries comporte souvent un coût, en termes de réduction de la prolifération bactérienne en l’absence du médicament. Ceci est dû au fait que les antibiotiques ciblent généralement des gènes essentiels et fortement préservés. Un mécanisme par lequel des organismes peuvent devenir résistants à un médicament déterminé est la mutation de ces cibles, qui entraîne une interférence avec l’activité du produit ou prévient l’activation de ce produit.7 Toutefois, ces mutations auront également souvent (mais pas toujours) un impact sur la fonction normale de ces gènes, ce qui entraîne une croissance réduite des souches résistantes. Cette réduction de la croissance bactérienne des souches résistantes est généralement dénommée « coût en matière de bonne forme ».6,8 Une partie de la complexité de l’évolution de la résistance aux médicaments concerne le fait que les mutations Figure 1 Evolution de la résistance aux médicaments et ses effets sur la bonne forme bactérienne. Une bactérie sensible aux médicaments (DS) acquiert un déterminant résistant aux médicaments (DR), qui souvent, mais pas toujours, entraîne une réduction de sa bonne forme. Le retour vers l’état sensible aux médicaments peut survenir lorsque la pression médicamenteuse est écartée. Toutefois, une évolution compensatoire est plus vraisemblable même en l’absence de pression médicamenteuse, car il existe un plus grand nombre de cibles évolutives dans le génome bactérien ; le véritable retour ne peut se produire que par une mutation réverse à la position exacte de la mutation originairement responsable de la résistance au médicament. Contagiosité de M. tuberculosis résistant qui confèrent une résistance aux médicaments peuvent avoir un impact variable sur la bonne forme de la souche. Bien que l’acquisition des déterminants de la résistance soit souvent associée avec une perte de la bonne forme, on a signalé l’existence de mutations « à faible coût ou sans coût » dans différents systèmes biologiques (Figure 1).6,8 De plus, bien que les souches résistantes aux médicaments souffrent souvent d’une réduction initiale de bonne forme, elles continuent à évoluer en acquérant des mutations à un ou plusieurs sites secondaires qui peuvent améliorer ou même restaurer au fil du temps la bonne forme de ces souches ; ce processus est connu comme évolution compensatoire.9 Il est important de savoir que ce processus survient même en l’absence de la pression du médicament. Donc, une des conséquences de l’évolution compensatoire est qu’elle peut entraîner une stabilisation de la résistance aux médicaments dans la population, même si l’on retire tous les antibiotiques.6,8 ÉTUDES EXPÉRIMENTALES CHEZ M. TUBERCULOSIS Différentes études ont utilisé des approches expérimentales pour observer les effets de la résistance aux médicaments sur la bonne forme relative ou la virulence de M. tuberculosis. Dans les années 1950, Middlebrook et Mitchison ont comparé la virulence de différents isolats cliniques résistants à l’isoniazide (INH) chez les cobayes et noté que beaucoup (mais pas tous) montraient une réduction de la virulence par comparaison avec les souches sensibles au médicament.10,11 Une étude ultérieure chez la souris a confirmé que les souches de M. tuberculosis résistantes aux médicaments présentent toute une gamme de virulence.12 Les mutations du gène catalase-peroxydase katG constituent le mécanisme le plus courant d’acquisition de la résistance de M. tuberculosis à l’égard de l’INH.7 Un katG fonctionnel est nécessaire pour transformer l’INH en sa forme bioactive. Les mutations qui éliminent l’activité katG entraînent pour cette raison des niveaux élevés de résistance à l’INH. D’autre part, katG protège M. tuberculosis contre le stress oxydatif rencontré au cours de l’infection et la perte de l’activité de katG entraîne habituellement une réduction de la virulence des souches résistantes à l’INH. Toutefois, une mutation particulière de katG, katG S315T, entraîne une réduction de l’activation de l’INH tout en maintenant l’activité de katG et la virulence de la souche chez la souris.13 En d’autres mots, la mutation de katG S315T ne provoque pas de déficience significative de la bonne forme dans les souches de M. tuberculosis résistantes à l’INH et peut dès lors être considérée comme une mutation « sans coût » (Figure 1). Cette notion trouve une confirmation dans le fait que katG S315T est la mutation la plus courante conférant une résistance à l’INH dans les contextes cliniques.7,14 3 De la même manière, différentes mutations entraînant la résistance à l’égard d’autres médicaments antituberculeux se sont avérées associées avec des effets variables sur la bonne forme de la souche. Des études expérimentales chez M. smegmatis ont montré que les mutations conférant la résistance à la streptomycine (SM) associées avec le coût de bonne forme le moins marqué étaient les plus fréquentes dans les isolats cliniques de M. tuberculosis.15,16 Différentes études ont utilisé des tests de bonne forme compétitive pour mesurer l’impact des mutations conférant la résistance à la rifampicine (RMP) sur la bonne forme de M. tuberculosis. A nouveau, on a noté que différentes mutations dans le gène polymérase de l’ARN rpoB qui confère la résistance à la RMP ont des effets variables sur la bonne forme bactérienne.17–19 Dans l’étude de Gagneux et al., les auteurs ont trouvé que le contexte génétique de la souche pouvait également influencer les effets de certaines mutations particulières de la rpoB sur la bonne forme (Figure 2A).18 Il est important de savoir que, bien que toutes les souches résistantes à la RMP provenant du laboratoire étaient toujours associées avec un coût en matière de bonne forme (Figure 2B), certaines souches cliniques ne souffraient d’aucune déficience de bonne forme par comparaison avec leurs souches ancestrales sensibles à la RMP (Figure 2B). Ces observations suggèrent que les déficits initiaux de bonne forme étaient limités dans les souches cliniques, peut être par suite d’une évolution compensatoire au cours du traitement prolongé du patient. La mutation de rpoB S531L, qui était en association avec le coût le plus faible en matière de bonne forme dans les souches de laboratoire mais avec aucune perte de bonne forme dans les souches cliniques, est la mutation la plus fréquente dans le monde entier, conférant la résistance à la RMP dans les souches cliniques.18 A l’opposé le mutant rpoB qui comporte le coût le plus élevé en matière de bonne forme (Figure 2A) n’a jamais été observé dans aucune souche clinique. Les résultats des études expérimentales réalisées avec des souches résistantes à l’INH, à la SM ou à la RMP suggèrent que dans les contextes cliniques, il existe une puissante pression de sélection pour les mutations conférant la résistance aux médicaments qui entraînent les déficits les plus faibles en matière de bonne forme.20 Bien que ces observations viennent renforcer la notion que les tests de virulence et de bonne forme compétitive pourraient être des facteurs prédictifs de l’épidémiologie de la TB résistante aux médicaments, elles ne prennent pas en compte la complexité globale du cycle de vie de M. tuberculosis. Par exemple, les aspects liés à la transmission entre hôtes à l’opposé du simple développement à la culture ou de la virulence dans les modèles animaux, sont difficiles à mesurer expérimentalement. Il est donc absolument nécessaire de disposer d’études basées sur la population au sujet de la transmission 4 The International Journal of Tuberculosis and Lung Disease Figure 2 Coût en bonne forme compétitive de M. tuberculosis résistant à la RMP in vitro (adaptation de Gagneux et al.18) A. Souches dérivées du laboratoire. Toutes les souches résistantes à la RMP, dérivées du laboratoire, avaient une réduction statistiquement significative dans leur bonne forme compétitive par comparaison avec la souche ancestrale sensible à la RMP qui, par définition, avait une bonne forme relative de 1 (ligne noire ; les traits d’erreur indiquent les intervalles de confiance à 95%). Toutefois, il existe des différences entre les souches abritant diverses mutations génératrices de résistance à la RMP ou différents contextes génétiques (les barres en gris clair indiquent les souches dérivées de la souche clinique CDC 1551 et les barres en gris foncé les souches dérivées de la souche clinique T85, qui appartient à la lignée Beijing). B. Paires d’isolats clinique. Quatre de cinq souches cliniques résistantes à la RMP porteuses de la mutation rpoB 5531L (barres en gris clair) n’avaient aucune déficience de bonne forme par comparaison avec l’isolat apparié sensible à la RMP provenant du même patient. A l’opposé, toutes les souches cliniques porteuses d’autres mutations rpoB (barres en gris foncé) avaient une déficience de bonne forme statistiquement significative par comparaison avec leurs contreparties sensibles à la RMP. RMP = rifampicine. de la résistance aux médicaments dans les contextes cliniques. Bien que plusieurs mécanismes d’évolution compensatoire aient été décrits pour d’autres bactéries,9 peu de travaux ont été consacrés à ce sujet chez M. tuberculosis. On a proposé un mécanisme compensatoire dans les souches résistantes à l’INH où un enzyme fonctionnel de katG fait défaut. Les souches cliniques dépourvues de l’activité de katG ont été en association avec la mutation du promoteur dans ahpC, qui code pour la l’alkyl-hydroperoxyde réductase. Il a été démontré qu’une accentuation de l’expression de ahpC peut compenser partiellement l’absence d’activité de katG.21 Toutefois, les mutations du promoteur ahpC sont rares dans les contextes cliniques et on a décrit des souches qui comportent des mutations du promoteur ahpC mais sans mutations du katG.22 Dès lors, le rôle et la signification des mutations de ahpC en matière de résistance à l’INH restent controversés. Une étude récente a utilisé la génération la plus récente de séquençage d’ADN à haut débit pour comparer les génomes d’un isolat de M. tuberculosis sensible aux médicaments, d’un isolat MDR et d’un isolat XDR qui appartenaient à la famille de souches qui avaient causé la mini-épidémie récente de TB-XDR au Kwazulu-Natal, Afrique du Sud (revue par Jassal et Bishai1). On espérait qu’en analysant des isolats en relation étroite, certaines des différences-clé génomiques entre les souches sensibles et les souches résistantes aux médicaments, y compris les mutations compensatoires supposées, pourraient devenir évidentes. Cette analyse a révélé qu’un petit nombre seulement de mutations différentiaient les isolats résistants aux médicaments des isolats sensibles aux médicaments. Bien que certaines des modifications spécifiques aux isolats résistants à deux médicaments puissent représenter des mutations supposées compensatoires, cette possibilité ne peut être confirmée que par des travaux ultérieurs. MODÈLES MATHÉMATIQUES On a utilisé largement, à côté des études expérimentales, des approches théoriques pour étudier l’apparition et la dispersion des bactéries résistantes aux médicaments. En matière de TB, on a élaboré des modèles mathématiques pour étudier les divers aspects de l’histoire naturelle de la maladie (voyez Cohen et al. pour une revue détaillée23). Par exemple, la modélisation mathématique a été utilisée pour explorer la façon dont M. tuberculosis MDR est sélectionné parmi les individus subissant un traitement antituberculeux, ou encore quel type d’intervention peut limiter la dispersion de la TB résistante aux médicaments dans la collectivité. On a insisté fortement sur la prédiction de la dispersion future de la TB résistante aux médicaments. Comme déjà discuté plus haut, le concept de bonne forme relative peut être appliqué à la fois dans les contextes expérimentaux et épidémiologiques. Dans le contexte épidémiologique, la réduction de la bonne forme reproductrice d’un pathogène résistant aux médicaments se traduit par la production d’un plus petit nombre de cas secondaires produits par comparaison avec les souches sensibles, ce qui correspond à une réduction du taux de reproduction de base R0.23 Les modèles mathématiques initiaux visant à prédire la dispersion future de la TB résistante aux médicaments supposaient que la résistance aux médicaments était toujours associée avec une réduction de la bonne forme bactérienne.4,24,25 Les prédictions qui en ont résulté étaient que la TB-MDR resterait un problème local.4 Des modèles plus récents ont admis des variations de la bonne forme relative des souches Contagiosité de M. tuberculosis résistant résistantes aux médicaments, selon les données décrites dans la section précédente, et sont arrivés à des conclusions très différentes.26,27 Par exemple, dans le modèle de Cohen et Murray, même lorsque la bonne forme relative moyenne des souches MDR est faible et qu’un programme de lutte antituberculeuse efficace est en place, à long terme, une petite sous-population de souches MDR relativement en bonne forme peut venir en compétition à la fois avec les souches sensibles aux médicaments et avec les souches MDR en moins bonne forme.27 Prises ensemble, les évidences disponibles dans le domaine expérimental et théorique suggèrent que la bonne forme relative des souches résistantes aux médicaments constitue un des paramètres-clé qui détermineront l’avenir des épidémies de MDR et de XDR. Comment ces faits objectifs se comparent-ils avec les évidences épidémiologiques actuelles pour la transmission de M. tuberculosis résistant aux médicaments ? ÉTUDES ÉPIDÉMIOLOGIQUES Plusieurs outils moléculaires ont été élaborés pour établir le génotype des souches de M. tuberculosis.28 Depuis de nombreuses années, ces outils ont été appliqués à des investigations d’épidémiologie moléculaire concernant la transmission de la TB. Selon le concept standard, les isolats de patients partageant un génotype particulier ou une « empreinte digitale » d’ADN peuvent être considérés comme liés sur un plan épidémiologique et représentent des cas de transmission active de la TB (c’est-à-dire, qu’il s’agit de cas de TB regroupés en grappes), alors que les souches dont les types d’ADN sont distincts ou uniques sont considérés comme reflétant la réactivation d’infections latentes. La proportion de regroupements génotypiques en grappes peut être utilisée comme mesure approximative d’une transmission récente de la TB. Selon cette approche, des études ont été menées pour comparer la proportion relative de regroupements génotypiques en grappes dans les souches résistantes aux médicaments et dans les souches sensibles. Cette proportion peut être transformée ensuite en une mesure équivalant à la bonne forme relative qui a été utilisée dans les études expérimentales. A la Figure 3, nous avons fait la compilation des estimations de la bonne forme moléculaire épidémiologique provenant de deux revues antérieures et d’études plus récentes.4,5 Dans l’ensemble, les estimations de bonne forme relative de la TB-MDR varient de manière très importante, allant d’une augmentation de la bonne forme de près de dix fois par comparaison avec les souches complètement sensibles aux médicaments trouvées dans une étude en provenance de Russie,29 jusqu’à des mesures de bonne forme environ dix fois plus faibles à Mexico ;30 d’autres études ont signalé que les souches MDR ne provoquent absolument pas le moindre cas secondaire.31 5 Figure 3 Bonne forme relative de souches MDR (barres en gris foncé) et monorésistantes à l’INH (barres en gris clair) mesurée dans les études d’épidémiologie moléculaire. (Données compilées à partir des références 4 et 29–40). La barre blanche indique la bonne forme relative des souches monorésistantes à l’INH porteuses de la mutation S315T dans katG. La bonne forme relative correspond à la différence de regroupement génotypique en grappes entre les souches résistantes aux médicaments et sensibles aux médicaments calculée selon Dye et al.4 La ligne noire indique une bonne forme égale et les traits d’erreur, les intervalles de confiance à 95%. MDR = multirésistant aux médicaments ; INH = isoniazide. Les raisons de cette grande variabilité de bonne forme relative des souches MDR sont probablement en rapport avec les différences du schéma d’étude et du contexte, les différences dans la taille de l’échantillon et les différences de méthodologie. Les variations de la qualité du programme de lutte contre la TB pourraient également jouer un rôle. Par exemple, le DOTS standard est susceptible d’être plus efficient pour réduire la durée de la contagiosité chez les patients porteurs de souches sensibles aux médicaments, par comparaison avec les patients infectés par des souches résistantes aux médicaments, ce qui est susceptible de compliquer la mesure de la bonne forme relative dans les contextes cliniques.4 Il est intéressant de noter qu’un programme de DOTS bien en place s’est avéré réduire l’incidence à la fois des TB sensibles aux médicaments et résistantes aux médicaments à Mexico.32 D’autre part, au Pérou, où le DOTS est bien installé depuis de nombreuses années, les taux de TB-MDR continuent à augmenter.2 Ces observations contradictoires éclairent les complexités que nous ne serons capables de déchiffrer qu’en obtenant des données plus complètes sur les tendances mondiales de la TB à germes résistants aux médicaments. A côté des facteurs méthodologiques, socioéconomiques et environnementaux, les variations de la bonne forme de la TB-MDR illustrées à la Figure 3 pourraient également refléter une hétérogénéité biologique. A ce jour, un petit nombre seulement d’études d’épidémiologie moléculaire ont tenu compte des variations possibles des effets des mutations conférant 6 The International Journal of Tuberculosis and Lung Disease la résistance aux médicaments sur la transmission de la TB. Des études aux Pays-Bas ont montré que, quoique dans l’ensemble les souches résistantes à l’INH présentent un niveau significativement plus faible de regroupement en grappes épidémiologiques, les souches abritant la mutation katG S315T sans coût ne subissent aucune réduction significative de transmission (Figure 3).33,34,41 Une étude à San Francisco a également découvert des différences statistiquement significatives dans la transmission des souches résistantes à l’INH en fonction de la mutation spécifique responsable de la résistance. Bien que certaines souches porteuses de la mutation katG S315T réussissent à transmettre la maladie, aucune des souches abritant n’importe quelle autre mutation katG (c’està-dire, les mutations susceptibles de supprimer l’activité enzymatique) n’a provoqué de cas secondaires.22 L’ensemble de ces études ont été entreprises dans des régions où le programme de lutte contre la TB fonctionne correctement. Néanmoins, un sous-groupe de souches résistantes aux médicaments a réussi à être contagieux et à provoquer des cas secondaires. Ces observations illustrent la variabilité des effets des mutations génératrices de résistance aux médicaments sur la contagiosité de la TB résistante aux médicaments. PREUVES DE TRANSMISSION DES TB-MDR ET TB-XDR PRIMAIRES Quelle que soit la contagiosité relative de M. tuberculosis résistant aux médicaments par rapport aux souches sensibles, une autre question-clé est de savoir dans quelle mesure le problème actuel de résistance aux médicaments en TB est attribuable à une résistance primaire (c’est-à-dire transmise) ou secondaire (c’est-à-dire acquise).2 On sait depuis longtemps que la co-infection par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) est un facteur de risque important de TB-MDR. Beaucoup de mini-épidémies nosocomiales de TB-MDR et de TB-XDR ont été signalées chez les individus séropositifs pour le VIH, et celles-ci comportent des cas de réinfection hétérogène par des souches MDR ou XDR au cours d’un traitement standard pour une TB à germes sensibles aux médicaments.42 Diverses explications sont possibles pour l’association entre le VIH et la TB à germes résistants (pour la discussion, voyez Dye et al.4 ainsi que Cohen et al.23). Dans le contexte de cette revue, une possibilité intéressante est la suivante : en raison de leur réduction supposée de bonne forme, les souches MDR pourraient être moins susceptibles de se développer en dehors des cas de patients en état d’immunodépression. Nous avons décidé dans ce travail de faire une revue spécifique des preuves actuellement publiées de transmission de la TB-MDR chez les individus séronégatifs pour le VIH. Nous n’avons pris en compte que les études ou la transmission de la TBMDR était confirmée par des techniques appropriées d’épidémiologie moléculaire28 et où le statut VIH négatif des patients était confirmé par le laboratoire. Sur 442 études repérées initialement, 12 seulement ont répondu à l’ensemble des critères d’inclusion (Tableau 1). Il est étonnant qu’en dépit de l’abondance des études d’épidémiologie moléculaire sur la transmission de la TB,28 on n’ai décrit au total, au cours des 20 dernières années, qu’environ 300 cas de transmission confirmés par le laboratoire à partir de souches MDR chez les individus séronégatifs pour le VIH. A l’opposé, les études d’épidémiologie moléculaire individuelles basées sur la population et concernant la transmission de la TB ont signalé des milliers de cas de TB sensibles aux médicaments regroupés en grappes dans une seule région.33,41 Nous réalisons que nos critères d’inclusion ont été très stricts et que, Tableau 1 Données sur la transmission de M. tuberculosis multirésistant chez les individus négatifs pour le VIH Année Référence* Ville, pays Contexte de l’étude Hôpital Collectivité Hôpital Famille Collectivité Famille, collectivité, et hôpital Collectivité Collectivité Réfugiés Collectivité Hôpital Hôpital 1995 1999 2000 2001 2002 2003 Shafer at al.44 Van Rie et al.45 Fandinho et al.35 Sofia et al.46 Quitugua et al.47 Palmero et al.48 New York, USA Cape Town, Afrique du Sud Rio de Janeiro, Brésil France Texas et Mexici, USA Buenos Aires, Argentine 2005 2005 2005 2006 2007 2007 Samper et al.49 Mardassi et al.50 Oeltmann et al.51 Kodmon et al.52 Umubyeyi et al.53 Vazquez-Gallardo et al.54 Espagne Tunisie Thaïlande Hongrie Ruanda Galice, Espagne Séronégatif Cas impliqués VIH dans la transmission % n 33 100 100 100 100 100 3 16 23 3 85 36 100 100 100 100 100 100 38 18 20 21 3 30 * Les études pertinentes ont été identifiées (n = 142) par une recherche sur PubMed (accès en mars 2009) en utilisant comme termes de recherche « tuberculose », « résistance aux médicaments », et « transmission ». On n’a pris en considération que les études publiées en anglais. Les articles ont été inclus s’ils contenaient des données d’épidémiologie moléculaire et des données de VIH confirmées par le laboratoire. On a exclu les articles lorsque la transmission était survenue uniquement parmi les patients séropositifs pour le VIH ou lorsque les données d’épidémiologie moléculaire reposaient exclusivement sur des techniques à faible résolution (par exemple, le spoligotypage). VIH = virus de l’immunodéficience humaine. Contagiosité de M. tuberculosis résistant par voie de conséquence, nous pourrions avoir laissé échapper des cas épidémiologiquement bien documentés de résistance primaire ou de réinfection exogène. Le point sur lequel nous voudrions insister est que d’un point de vue scientifique, les preuves présentes de transmission primaire de la TB-MDR chez les individus séronégatifs pour le VIH qui ont été confirmées par des méthodes moléculaires sont très limitées et qu’un plus grand nombre d’études comportant des données moléculaires s’imposent si l’on veut connaitre la véritable étendue de la TB-MDR primaire dans la population générale. Une autre question importante est de savoir si les mutations responsables de la résistance aux médicaments peuvent avoir un effet cumulatif sur la bonne forme de la souche. Il est possible que lorsque les bactéries subissent des mutations génératrices de résistance à de nombreux médicaments (c’est-à-dire qu’elles subissent une amplification de la résistance) elles souffriront aussi de déficiences accrues de leur bonne forme. Les souches XDR de M. tuberculosis sont définies actuellement comme une résistance aux deux médicaments de première ligne, INH et RMP, à laquelle s’additionne une résistance aux quinolones et à au moins un médicament injectable de deuxième ligne.1 Au minimum, les souches XDR ont donc des mutations au niveau d’au moins quatre enzymes-clé, qui pourraient avoir un impact collectif sur la physiologie de croissance des souches XDR. En réalité, beaucoup de ces souches XDR sont résistantes à un beaucoup plus grand nombre de médicaments, chaque mutation additionnelle génératrice de résistance aux médicaments ayant le potentiel de renforcer le fardeau sur la bonne forme. Il est intéressant de spéculer qu’en dépit du fait qu’une évolution compensatoire pourrait être capable de mitiger les effets délétères d’un petit nombre de mutations résistantes aux médicaments, il pourrait y avoir une limite du degré auquel les déficiences de bonne forme des souches XDR hautement résistantes pourraient être compensées. Cette possibilité n’a été investiguée jusqu’à présent dans aucune étude. Toutefois, certains rapports récents ont insisté sur le taux élevé de mortalité chez les patients atteints de TB-XDR co-infectés par le VIH, ce qui indique qu’au moins dans le contexte d’une réduction 7 de la capacité immunitaire, la TB-XDR peut prospérer.1 On a montré une association entre les miniépidémies de TB-XDR et la contagion nosocomiale, mais la situation des souches XDR contagieuses dans la population générale n’est toujours pas claire. Dans le but de faire la revue des faits actuellement connus de transmission de souches XDR, nous avons analysé toutes les études qui ont signalé des cas de transmission de souches XDR confirmée par l’épidémiologie moléculaire, suivant des critères d‘inclusion similaires à ceux écrits précédemment. Quatre études seulement ont documenté une transmission de souches XDR confirmée par le laboratoire ; elles sont résumées au Tableau 2. Trois des quatre études impliquaient une mini-épidémie hospitalière et une grande proportion des individus atteints étaient co-infectés par le VIH. Le terme « XDR » n’a été forgé que relativement récemment, ce qui pourrait avoir limité le nombre de points de recherche dans notre processus de révision. Ici aussi, on constate que les évidences scientifiquement publiées à ce jour concernant la transmission de la TB-XDR sont très limitées et que des études complémentaires s’imposent. PERTINENCE DU LIGNAGE DES SOUCHES En se basant sur les évidences discutées dans les sections précédentes, il est clair qu’une partie de l’hétérogénéité dans la bonne forme et la contagiosité des souches résistantes aux médicaments peut être liée à l’impact variable des mutations génératrices de résistance aux médicaments. En plus de ces effets directs, des études chez d’autres bactéries ont montré que le contexte génétique des souches peut influencer de manière significative les effets en matière de bonne forme de certaines mutations particulières génératrices de résistance aux médicaments (Figure 1). Par exemple, des expériences in vivo conduites sur Campylobacter jejuni ont montré qu’une mutation génératrice d’une résistance spécifique aux quinolones dans l’ADN gyrase du gène gyrA réduit la bonne forme relative de certaines souches résistantes aux quinolones mais qu’elle augmentait la bonne forme de la souche lorsqu’elle était transférée dans un autre contexte de souche.57 Tableau 2 Données sur la transmission de M. tuberculosis XDR Année Référence* Pays Contexte de l’étude Séropositif VIH % 2006 2006 2006 2008 Gandhi et al.43 Masjedi et al.55 Mlambo et al.56 Cox et al.42 Afrique du Sud Iran Afrique du Sud Uzbekistan Hôpital Famille/collectivité Hôpital/collectivité Hôpital 100 25 ND ND Total des cas XDR dans l’étude n Souches XDR en grappes n/N (%) 53 12 41 10 39/46 (85) 12/12 (100) 15/41 (37)† 7/10 (70) * Les études pertinentes ont été identifiées (n = 20) par une recherche sur PubMed (accès en mars 2009) en utilisant les termes « tuberculose », « XDR » et « transmission ». Seules les études où la transmission des souches XDR étaient confirmée par l’épidémiologie moléculaire ont été retenues. † Données d’épidémiologie moléculaire obtenues par spoligotypage. XDR = ultrarésistant aux médicaments ; VIH = virus de l’immunodéficience humaine ; ND = absence de données. 8 The International Journal of Tuberculosis and Lung Disease Pour M. tuberculosis, différentes souches se sont avérées différentes en matière d’immunogénécité et de virulence dans les modèles animaux (revue par Gagneux et Small).58 Il est d’ailleurs de plus en plus clair que la diversité des souches peut influencer le résultat de l’infection et de la maladie chez les humains.59 Les analyses génomiques de collections de sources provenant de sources mondiales ont révélé que M. tuberculosis a une structure de population phylogéographique, dans laquelle différents lignages de souches sont en association avec des régions géographiques déterminées.58,60 Une étude théorique récente a trouvé que des populations simulées où les groupes de souches étaient immunologiquement distincts comportaient un risque plus élevé de résistance aux médicaments que les populations sans diversité de souches, même lorsque la qualité de la lutte antituberculeuse était la même.61 A côté des effets immunologiques, le contexte génétique variable des souches appartenant à différents lignages de souches pourrait jouer un rôle dans l’évolution de la résistance aux médicaments. Le lignage Beijing de M. tuberculosis s’est avéré à répétition comme associé à la résistance aux médicaments. Dans cet article, nous avons décidé de compiler toutes les preuves disponibles concernant l’association entre la souche MDR et le lignage Beijing. Le Tableau 3 résume toutes les études publiées qui ont signalé une association statistiquement significative entre les souches Beijing et la TB-MDR, par comparaison à d’autres souches et à des TB sensibles à tous les médicaments. Sur les 12 études qui ont répondu à nos critères d’inclusion (Tableau 3), neuf ont été menées dans les pays de l’ancienne Union Soviétique et trois en Asie du Sud-Est. L’association entre le lignage Beijing et la résistance aux médicaments s’avère particulièrement forte et régulière dans ces deux zones géographiques. Bien que la médiocrité des stratégies de lutte antituberculeuse (par exemple dans les prisons russes) ait probablement contribué à l’importance du problème de résistance aux médicaments dans ces régions, il est difficile d’imaginer comment des différences de lutte contre la tuberculose pourraient influencer l’apparition de la résistance aux médicaments d’une façon dépendante du lignage. De plus, le fait que l’association entre les souches Beijing et la résistance aux médicaments persiste dans divers pays et continents où les mesures de lutte contre la TB sont susceptibles d’être différentes suggère un effet biologique. Divers facteurs biologiques pourraient contribuer à l’association entre les souches Beijing et la résistance aux médicaments. Dans une de ces hypothèses, le taux de mutation des souches Beijing pourrait être accru, un phénomène connu sous le nom de phénotype mutateur.72 Cette notion est basée sur le fait qu’on a découvert dans les gènes de réparation de l’ADN des souches Beijing diverses mutations dans le mauvais sens.73 Ces mutations pourraient entraîner un taux global plus élevé de mutations et un développement accéléré de la résistance aux médicaments. Toutefois, l’unique étude qui à ce jour a mesuré les taux de mutation spontanée dans divers lignages de souches n’a pas trouvé de différence dans les taux de mutation in vitro entre les souches Beijing et d’autres lignages de souches.74 De plus, si le taux de mutation spontanée dans les souches Beijing était élevé par comparaison avec d’autres souches, nous devrions nous attendre à ce que les souches Beijing accumulent Tableau 3 Associations entre le lignage Beijing de M. tuberculosis et la multirésistance aux médicaments dans les études publiées Année Référence* Pays/région 2001 2001 2002 2005 2005 2005 2005 Pfyffer et Kruuner et al.36 Toungoussova et al.29 Park et al.63 Kovalev et al.64 Cox et al.65 Drobniewski et al.66 Azerbaijan Estonie Russie Corée Russie Uzbekistan Russie 2006 Action européenne concertée pour la lutte antituberculeuse67 Nikolayevskyy et al.68 Sun et al.69 Mokrousov et al.70 Phyu et al.71 Europe l’Est Europe Ouest Asie Sud est Ukraine Singapour Russie Myanmar 2007 2007 2009 2009 al.62 Contexte de l’étude Prison Collectivité Collectivité Collectivité Collectivité Collectivité Prison/ collectivité Collectivité Collectivité Collectivité Collectivité Collectivité Collectivité Collectivité Souches Beijing/ total souches n/N (%) Souches MDR/ total Beijing n/N (%) OR (IC95%) Valeur P† 46/65 (70,8) 61/209 (29,2 53/119 (44,5) 569/743 (76,6) 50/92 (54,3) 190/382 (49,7) 586/880 (66,6) 28/46 (60,9) 34/61 (55,7) 23/53 (43,4) 190/569 (33,4) 19/50 (38,0) 51/190 (26,8) 216/586 (36,9) 3,4 (1,0–12,7) 17,0 (5,3–54,9) 11 (3,4–37,0) 1,8 (1,1–2,9) 9,1 (2,3–43,1) 4,8 (2,5–9,6) 2,4 (1,9–3,0) <0,05 ND <0,001 <0,01 <0,001‡ <0,001 <0,001 253/7.340 (3,5) 248/564 (44) 366/1.027 (35,6) 89/231 (38,5) 328/598 (54,9) 41/90 (45,6) 99/310 (32) 3/253 (1,0) 126/248 (51,0) 29/366 (8,0) 31/89 (34,8) 31/328 (9,5) 28/41 (68,3) 21/99 (21,2) 4,2 (1,2–14,7)§ 11,2 (6,9–18,3) 3,3 (1,74–6,4) 1,43 (1,08–1,9) 2,66 (1,28–5,5) 5,8 (2,2–16,6) 3,2 (1,34–7,67)¶ <0,001 <0,001 <0,001 ND <0,01 <0,001 <0,01 * Les études pertinentes ont été identifiées (n = 190) par une recherche sur PubMed (accès en mars 2009) en employant les termes « tuberculose », « Beijing » et « résistance aux médicaments ». Les articles ont été inclus s’ils produisaient la preuve d’une association statistiquement significative entre Beiging et MDR lorsqu’on les comparait avec les sources non-Beijing et sensibles à tous les médicaments. † Test de χ2 pour les proportions. ‡ Test exact de Fisher bilatéral. § Calculés chez les non-immigrants en l’Europe de l’Ouest. ¶ Comparaison du lignage Beijing avec les autres lignages principaux dans la zone ; ajustés pour les traitements antérieurs de la TB. MDR = multirésistant aux médicaments ; OR = odds ratio ; IC = intervalle de confiance ; ND = absence de données ; les odds ratios ont été copiés dans l’article original, mais les valeurs de P n’ont pas pu être calculées en se basant sur les données fournies. Contagiosité de M. tuberculosis résistant les mutations sur l’ensemble de leur génome. Toutefois, selon une étude récente qui a comparé les séquences d’ADN de 89 gènes dans 108 souches, on n’a trouvé aucune preuve de cette accumulation.75 D’autre part, les souches Beijing pourraient mieux tolérer les effets des mutations génératrices de résistance aux médicaments en matière de bonne forme. En d’autres mots, le contexte des souches Beijing pourrait être « préadapté » aux effets sur la bonne forme de la résistance aux médicaments (Figure 1). En plaidant dans ce sens, une étude recherchant la croissance in vitro de souches cliniques a montré qu’à l’opposé des souches non-Beijing, certaines souches résistantes aux médicaments du lignage Beijing n’avaient pas de déficit de croissance par comparaison à leurs contreparties sensibles aux médicaments.76 De plus, une étude à San Francisco a montré que les souches Beijing sont en association significative avec les mutations génératrices de résistance à l’INH qui sont susceptibles de supprimer l’activité katG. Comme katG aide à protéger les bactéries contre le stress oxydatif au cours de l’infection, sa perte entraîne habituellement une atténuation.13 Les observations de San Francisco suggèrent que les souches Beijing pourraient dépendre moins de l’intégrité de katG, peut-être parce qu’elles sont généralement moins sensibles au stress oxydatif ou mieux capables de compenser la perte de l’activité de katG. ZONES DE RECHERCHE À VENIR Comme cette revue le montre clairement, notre compréhension actuelle de la résistance aux médicaments dans la TB s’avère trop limitée pour permettre de prédire avec assurance l’avenir de la TB-MDR et de la TB-XDR. Notre ignorance est particulièrement marquée en ce qui concerne les facteurs biologiques impliqués. Dès lors, il est urgent d’améliorer nos vues concernant l’ensemble des aspects de la résistance aux médicaments dans la TB. Un point particulièrement important concerne l’élaboration de diagnostics moléculaires qui ont la potentialité d’améliorer de manière importante et d’accélérer le diagnostic de la TB à germes résistants aux médicaments.1 Bien que l’on ait identifié un grand nombre de mutations génératrices de mutations aux médicaments chez M. tuberculosis, 77 pour un grand nombre de souches cliniques les mécanismes de la résistance et les mutations génératrices de résistance qui y sont associées restent inconnus, particulièrement pour les souches résistantes aux agents de deuxième ligne. A côté du renforcement de notre compréhension des déterminants de la résistance primaire aux médicaments, nous devons en connaître davantage sur les mécanismes compensatoires supposés actifs chez M. tuberculosis. Par exemple, certaines des souches Beijing MDR circulant dans des pays de l’ancienne Union Soviétique sont vraisemblablement parmi les souches de M. tuberculosis 9 dont la résistance aux médicaments est la plus marquée.65 Quels sont les mécanismes moléculaires et d’évolution qui ont contribué à ce succès ? Un autre problème important apparaissant dans cette revue est que les évidences épidémiologiques actuelles de transmission de la TB-MDR et de la TB-XDR, particulièrement par comparaison avec la TB sensible à tous les médicaments, ne permettent pas de conclusion. Ceci peut s’expliquer en partie par le fait que la variabilité génétique de M. tuberculosis est plus grande qu’on ne l’apprécie souvent,75 et par le fait que les souches résistantes aux médicaments peuvent montrer une hétérogénéité de bonne forme par comparaison avec les souches sensibles aux médicaments. Des études épidémiologiques ultérieures sur la transmission de la TB résistante aux médicaments devraient comporter des données plus complètes sur les souches, y compris sur les mutations génératrices de résistance spécifique à un médicament et des informations sur le contexte génétique de la souche. Ces variables, ainsi que leur interaction, pourraient jouer un rôle important dans le succès de la transmission de certaines variantes particulières de résistance aux médicaments. Il y a lieu d’élargir également les études théoriques. Les modèles mathématiques sont basés sur un nombre de suppositions spécifiques et les paramètres des modèles sont déterminés en se basant sur des données empiriques.23 Toutefois, bien que l’étude d’autres organismes modèles nous ait appris beaucoup concernant la complexité écologique et évolutive de la résistance aux médicaments, les données correspondantes pour la TB-MDR et la TB-XDR restent rares. Néanmoins, certaines des études les plus récentes revues ici suggèrent que des phénomènes similaires existent chez M. tuberculosis. Bien que la modélisation mathématique de la dynamique de transmission de la TB incorpore de plus en plus une partie de cette complexité, 61 certains traits importants de la biologie de la résistance aux médicaments n’ont pas encore été étudiés. Par exemple, les effets de l’évolution compensatoire et de l’amélioration au fil du temps de la bonne forme des souches résistantes aux médicaments n’ont pas encore été explorés. De plus, les espèces bactériennes sont formées de populations hétérogènes sur le plan génétique et phénotypique dont certaines peuvent comporter des taux accrus de mutation ou une tolérance phénotypique à l’égard des médicaments qui tous peuvent faciliter le développement d’une résistance aux médicaments encodée sur le plan génétique.72,78 Finalement, les données actuelles de surveillance de la résistance aux médicaments sont très limitées en ce qui concerne l’information moléculaire qui y est associée, car les tests de routine de sensibilité aux médicaments (DST) reposent sur des techniques phénotypiques.2 Une adoption plus large de tests à base moléculaire pourrait aider à produire des données valables sur la fréquence des allèles de résistance à 10 The International Journal of Tuberculosis and Lung Disease l’égard de divers médicaments dans différentes parties du monde. Cette information est cruciale pour l’élaboration et l’évaluation de nouveaux DST à base moléculaire ainsi que pour une meilleure compréhension de l’impact de la résistance aux médicaments sur la dispersion mondiale de M. tuberculosis.77 10 11 12 REMARQUES EN CONCLUSION Les médicaments antituberculeux ont été utilisés depuis de nombreuses décennies et pourtant une petite proportion seulement des cas de TB actuels sont MDR ou XDR.2,3 Donc, dans l’ensemble, la lutte antituberculeuse mondiale semble avoir bien réussi à limiter l’apparition et la dispersion mondiale de la TB-MDR et de la TB-XDR.79 Toutefois, à d’autres endroits, la résistance aux médicaments augmente toujours. La question importante est de savoir comment ces tendances vont évoluer à l’avenir. La TB résistante aux médicaments est un phénomène complexe. Bien que les mesures adéquates de lutte antituberculeuse soient aptes à limiter l’apparition de nouvelles souches résistantes aux médicaments, le sort à long terme des souches actuellement résistantes aux médicaments reste incertain et avec lui l’avenir des épidémies de TB-MDR et de TB-XDR. Des études complémentaires s’imposent pour aborder ces questions importantes. Remerciements Les auteurs remercient C Dye, D Young et I Comas de leurs commentaires utiles et de leur revue critique du manuscrit. Le travail au sein de leur groupe a fait l’objet d’un soutien du Medical Research Council, UK et de subventions de l’US National Institutes of Health HHSN266200700022c et A1034238. 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Références 1 Jassal M, Bishai W R. Extensively drug-resistant tuberculosis. Lancet Infect Dis 2009; 9: 19–30. 2 World Health Organization. Anti-tuberculosis drug resistance in the world. Report no 4. WHO/HTM/TB/2008.394. Geneva, Switzerland: WHO, 2008. 3 World Health Organization. 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