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Infections grippales et conception de médicaments


Pourquoi est-ce que neuraminidase utilisé comme cible pour les médicaments contre le virus de la grippe au lieu de hémagglutinine? Y a-t-il une raison fondamentale pour laquelle cela rendra un médicament plus efficace ?


Ce n'est pas que les gens ne voulaient pas utiliser l'hémagglutinine comme cible pour les antiviraux, c'est qu'ils n'ont pas encore pu obtenir les antiviraux à travers le processus d'approbation. Il existe un certain nombre d'inhibiteurs expérimentaux (voir par exemple Progrès des petits inhibiteurs moléculaires dans le développement d'agents anti-virus de la grippe) mais le processus d'approbation et d'autorisation est lent et difficile.


Institut national des allergies et des maladies infectieuses (NIAID)

L'Institut national des allergies et des maladies infectieuses (NIAID) mène et soutient des recherches fondamentales et appliquées pour mieux comprendre, traiter et finalement prévenir les maladies infectieuses, immunologiques et allergiques.

Voici une brève description des principaux domaines d'investigation.

  • Syndrome d'immunodéficience acquise (SIDA). Le NIAID mène et soutient des recherches dans tous les domaines de l'infection à VIH, y compris le développement et le test de vaccins préventifs contre le VIH, de stratégies de prévention biomédicale et de stratégies innovantes pour traiter ou guérir l'infection à VIH et les co-infections et comorbidités associées. Depuis le début de l'épidémie, le programme de recherche complet du NIAID a été à l'avant-garde de la lutte contre le VIH/SIDA. Le NIAID soutient un large éventail de programmes de recherche nationaux et internationaux sur le VIH/SIDA et collabore avec plus de 70 pays par le biais de subventions de recherche initiées par des chercheurs et de réseaux de recherche clinique multicentrique sur les vaccins, les thérapies, les microbicides et la prévention. Avec un certain nombre de programmes et d'initiatives de recherche, le NIAID est prêt à relever de nouveaux défis de recherche mondiaux ainsi qu'à l'évolution démographique de l'épidémie de VIH/SIDA.
  • Asthme et maladies allergiques. Le NIAID soutient des programmes visant à examiner les causes, la pathogenèse, le diagnostic, le traitement et la prévention de l'asthme et des maladies allergiques. Des exemples de tels programmes comprennent le Inner-City Asthma Consortium, le Consortium of Food Allergy Research, le Atopic Dermatitis Research Network et les Asthma and Allergic Diseases Cooperative Research Centers. Le NIAID exploite une clinique d'allergie pédiatrique au NIH Clinical Center qui sert de point focal pour la recherche translationnelle menée en collaboration avec les laboratoires intra-muros du NIAID et les essais cliniques de nouvelles thérapies. En outre, le NIAID est l'agence principale au sein du HHS pour la recherche sur les allergies alimentaires.
  • Rayonnements et contre-mesures nucléaires. Le NIAID a développé un programme solide pour accélérer la recherche et le développement de contre-mesures médicales contre les radiations/nucléaires (MCM) pour la réserve nationale stratégique. Le programme NIAID soutient la recherche et le développement de stade précoce à intermédiaire pour développer des produits médicaux pouvant diagnostiquer, atténuer ou traiter les blessures pouvant résulter d'une exposition aux rayonnements lors d'un incident d'urgence de santé publique. Les activités parrainées par le NIAID se concentrent sur les MCM et les dispositifs de biodosimétrie à utiliser dans les rayonnements/nucléaires faisant un grand nombre de victimes. Les domaines de recherche prioritaires du programme consistent à développer les éléments suivants : des médicaments ou des produits biologiques qui peuvent atténuer et/ou traiter les lésions dues aux rayonnements lorsqu'ils sont administrés au moins 24 heures après l'exposition aux rayonnements, des médicaments qui peuvent éliminer du corps les matières radioactives contaminées à l'intérieur et des méthodes de biodosimétrie ou des appareils capables de distinguer rapidement et avec précision les personnes qui ont été exposées aux rayonnements.
  • Biodéfense et maladies infectieuses émergentes et ré-émergentes. La recherche du NIAID jette les bases du développement de produits médicaux et de stratégies pour diagnostiquer, traiter et prévenir un large éventail de maladies infectieuses, que ces maladies émergent naturellement ou soient délibérément introduites comme un acte de bioterrorisme. Depuis les attaques à l'anthrax de 2001, le NIAID a considérablement élargi son portefeuille dans le domaine de la biodéfense et des maladies infectieuses émergentes et ré-émergentes. Cette recherche cible les agents pathogènes qui présentent des risques élevés pour la santé publique et la sécurité nationale. Le NIAID mène et soutient des recherches sur la microbiologie de base et la réponse de l'hôte à ces agents pathogènes ainsi que le développement de contre-mesures médicales. Ces contre-mesures comprennent (1) des diagnostics rapides et précis pour les microbes naturels et bio-ingénierie (2) des traitements efficaces tels que les antimicrobiens, les antitoxines et les immunothérapeutiques et (3) les vaccins prophylactiques et post-exposition. Le NIAID soutient également la biodéfense et la recherche sur les maladies infectieuses émergentes grâce à des programmes de formation et à l'amélioration de l'infrastructure et des capacités de recherche, et en fournissant les ressources de recherche et les réactifs nécessaires à la communauté scientifique.
  • Maladies entériques. Le fardeau mondial des maladies entériques n'est dépassé que par les infections respiratoires en tant que cause de maladie et de décès. Les maladies entériques vont des infections persistantes de bas grade au choléra épidémique grave et aigu. Un fardeau supplémentaire de la maladie se produit parce que l'infection entérique exacerbe considérablement la pathogénicité de maladies telles que le paludisme et le VIH/SIDA. La multirésistance aux médicaments est un problème majeur, ce qui rend Salmonelles, Clostridium difficile, et le choléra particulièrement difficile à traiter dans les contextes où il est le plus susceptible de développer une issue fatale. L'une des infections entériques les plus graves est le choléra, la maladie bactérienne qui tue le plus rapidement. Le NIAID a été impliqué dans bon nombre des avancées les plus importantes contre le choléra et d'autres maladies entériques, notamment en soutenant le développement de la thérapie de réhydratation orale, considérée comme l'une des avancées médicales les plus importantes du 20e siècle. À l'heure actuelle, le NIAID soutient un solide programme de recherche de recherche fondamentale et appliquée sur la façon dont les agents pathogènes entériques provoquent des maladies et en développant des diagnostics, des vaccins et des thérapies appropriés pour prévenir les infections et traiter les patients.
  • Immunologie fondamentale. Grâce à un programme intra-muros robuste, à des subventions lancées par des chercheurs et à des programmes de recherche sollicités, le NIAID soutient un programme solide visant à comprendre les mécanismes immunitaires de base, à effectuer un profilage immunitaire ou à identifier/caractériser de nouveaux sous-ensembles, voies, phénomènes ou mécanismes de cellules immunitaires. Des exemples de programmes soutenus par le NIAID comprennent le Human Immunology Profiling Consortium, la base de données sur les épitopes immunitaires, le programme Immune Mechanisms of Virus Control et Modeling Immunity for Biodefense. La recherche financée par le NIAID a produit une mine de nouvelles informations conduisant à une croissance extraordinaire de la compréhension conceptuelle du système immunitaire.
  • Transplantation. Le NIAID soutient la recherche qui se concentre sur la compréhension du rôle que joue le système immunitaire dans le succès ou l'échec des cellules, tissus et organes transplantés. Les chercheurs étudient des moyens de contrôler ou d'éliminer sélectivement les réponses immunitaires indésirables dans le but ultime d'améliorer la survie à long terme des greffes. Des exemples de programmes de transplantation soutenus par le NIAID comprennent les essais cliniques sur la transplantation d'organes, les essais cliniques sur la transplantation d'organes chez les enfants, les essais cliniques sur la transplantation d'îlots et le réseau de tolérance immunitaire.
  • Maladies à médiation immunitaire. Le NIAID mène et soutient des recherches fondamentales, précliniques et cliniques sur les maladies à médiation immunitaire, les troubles auto-immuns, les maladies d'immunodéficience primaire et le rejet d'organes, de tissus et de cellules transplantés. Des efforts sont en cours pour évaluer l'innocuité et l'efficacité des stratégies de modification de la maladie et d'induction de la tolérance pour le traitement des maladies à médiation immunitaire, ainsi que des essais cliniques pour évaluer l'efficacité de la greffe de cellules souches hématopoïétiques pour le traitement des troubles auto-immuns graves. Les programmes comprennent les centres d'excellence en auto-immunité, le réseau de tolérance immunitaire (http://immunetolerance.org), les centres de prévention des maladies auto-immunes, les essais cliniques en transplantation d'organes, le consortium de traitement de l'immunodéficience primaire (http://www.rarediseasesnetwork.org/ pidtc/), la Primary Immunodeficiency Deficiency Clinic (http://www.niaid.nih.gov/topics/immunedeficiency/pidclinic), le Clinical Islet Transplantation Consortium et le US Immunodeficiency Network (http://www.usidnet.org) . Le NIAID préside le comité de coordination des maladies auto-immunes du NIH (ADCC).
  • Paludisme et autres maladies tropicales. Chaque année, des millions de personnes dans le monde sont handicapées ou tuées par des maladies tropicales telles que le paludisme, la filariose, la schistosomiase, la leishmaniose, la trypanosomose (par exemple, la maladie de Chagas et la maladie du sommeil africaine), la lèpre et la dengue. Le NIAID soutient et mène des recherches fondamentales sur les microbes et les parasites qui causent les maladies tropicales, ainsi que sur les interactions de ces organismes avec leurs hôtes humains et avec les vecteurs animaux/invertébrés impliqués dans la transmission des maladies. Le NIAID soutient et mène également des recherches translationnelles et cliniques pour développer des diagnostics, des médicaments, des vaccins et des stratégies de gestion des vecteurs nouveaux et améliorés pour les maladies tropicales. Ces efforts sont menés par des chercheurs américains et internationaux bénéficiant du soutien de l'Institut et par des scientifiques intra-muros du NIAID et leurs collaborateurs dans le monde entier. En outre, le programme des Centres internationaux d'excellence en recherche (ICER) promeut et soutient des programmes de recherche dans les pays en développement grâce à des partenariats avec des scientifiques locaux. Les sites actuels de l'ICER sont situés au Mali, en Inde et en Ouganda. Alors que le programme ICER est axé sur la recherche clinique sur les maladies infectieuses telles que le paludisme et la filariose, chaque centre a la capacité de répondre aux besoins de recherche et de formation les plus pertinents pour la population locale. La recherche clinique sur les maladies tropicales dépend largement de l'accès aux populations de patients, de vecteurs et d'agents pathogènes/parasites dans les pays où ces maladies sont endémiques. Ainsi, un objectif complémentaire important du programme du NIAID est de renforcer la capacité de recherche internationale grâce à des ressources de recherche et un soutien, collaborations et formation à la recherche. En outre, le NIAID soutient les Centres internationaux d'excellence pour la recherche sur le paludisme (ICEMR). Ce programme établit un réseau mondial de centres de recherche indépendants dans des contextes d'endémie palustre afin de fournir des connaissances, des outils et des stratégies fondées sur des preuves pour soutenir les chercheurs travaillant dans divers contextes, en particulier au sein des gouvernements et des établissements de santé.
  • Grippe. Le NIAID soutient depuis de nombreuses années un programme de recherche complet sur les infections grippales. En réponse à l'émergence et à la propagation de la grippe aviaire hautement pathogène H5N1 et à la menace persistante de grippe pandémique, le NIAID a considérablement élargi son programme de lutte contre la grippe. Un large éventail d'activités de recherche est soutenu par le programme intra-muros, des subventions et des contrats individuels, des collaborations avec des partenaires industriels et des chercheurs dans plusieurs réseaux de recherche, y compris les unités d'évaluation des vaccins et des traitements (VTEU) pour l'évaluation clinique des produits candidats. Les chercheurs intra-muros du NIAID mènent des recherches approfondies et de pointe sur la grippe, y compris sa pathogenèse, son immunogénicité, sa transmissibilité et sa variabilité génétique, en étudiant les réponses immunitaires de l'hôte au virus dans des modèles animaux et chez l'homme en développant des vaccins pour prévenir la grippe, en particulier les souches à potentiel pandémique et en étudiant l'épidémiologie de la grippe . Les chercheurs du NIAID ont récemment terminé la première étude de provocation du virus de la grippe chez des volontaires humains réalisée aux États-Unis depuis plus d'une décennie. Ce travail fournit une base essentielle pour le développement de vaccins et de thérapies. Le NIAID soutient également le réseau des centres d'excellence en recherche et surveillance de la grippe (CEIRS). Ce programme mène une surveillance de la grippe animale à l'échelle nationale et internationale et se concentre sur la recherche fondamentale pour améliorer notre compréhension de la pathogenèse, de la transmission, de l'évolution et de la réponse de l'hôte de la grippe. Le NIAID soutient également les activités de développement de la prochaine génération de diagnostics, de vaccins, de produits thérapeutiques et d'antiviraux. Les ressources et les services du NIAID sont disponibles pour soutenir le développement précoce de nouveaux vaccins et candidats thérapeutiques afin de les aider à progresser dans le pipeline de développement de produits. Les projets en cours comprennent la recherche pour développer un vaccin antigrippal « à épitope commun » et des thérapies qui protègent contre toutes les souches de grippe médicalement importantes.
  • Génomique et technologies avancées. Les domaines de recherche tels que la génomique, la protéomique et la bioinformatique sont très prometteurs pour le développement de nouveaux diagnostics, thérapies et vaccins pour traiter et prévenir les maladies infectieuses et à médiation immunitaire. Le NIAID s'est engagé de manière significative à soutenir et à encourager la recherche sur les technologies de pointe dans les laboratoires de l'Institut et dans la communauté scientifique. Des outils sophistiqués sont utilisés pour déterminer la constitution génétique des agents pathogènes causant des maladies, pour analyser les divergences entre les souches d'agents pathogènes et pour évaluer comment les réponses du système immunitaire diffèrent. En outre, les données générées par les initiatives soutenues par le NIAID sont rapidement mises à la disposition de la communauté des chercheurs. L'objectif ultime du programme de génomique et de technologies avancées du NIAID est de permettre aux chercheurs d'utiliser ces données pour poursuivre de nouvelles découvertes sur les causes, le traitement et la prévention ultime des maladies infectieuses et à médiation immunitaire.
  • Maladies sexuellement transmissibles (MST). Plus de 15 millions d'Américains contractent chaque année des maladies infectieuses autres que le SIDA par contact sexuel. Les MST telles que la gonorrhée, la syphilis, la chlamydia, l'herpès génital et le virus du papillome humain peuvent avoir des conséquences dévastatrices, en particulier pour les jeunes adultes, les femmes enceintes et les nouveau-nés. Les scientifiques soutenus par le NIAID dans les centres de recherche coopérative sur les MST, les laboratoires intra-muros du NIAID et d'autres institutions de recherche développent de meilleurs tests de diagnostic, des traitements améliorés et des vaccins efficaces pour les MST.
  • Développement de vaccins. Des vaccins efficaces ont énormément contribué à l'amélioration de la santé publique aux États-Unis et dans le monde au cours du siècle dernier. Les recherches menées et soutenues par le NIAID ont conduit à de nouveaux vaccins ou à des vaccins améliorés contre diverses maladies graves, notamment la rage, la méningite, la coqueluche, l'hépatite A et B, la varicelle et la pneumonie à pneumocoques, pour n'en nommer que quelques-unes. Le NIAID soutient les unités d'évaluation des vaccins et des traitements (VTEU) pour les tests cliniques de nouveaux vaccins et technologies vaccinales dans un certain nombre de centres médicaux américains. De nombreux vaccins sont actuellement en cours de développement dans les laboratoires intra-muros du NIAID, y compris des vaccins pour prévenir le SIDA, la grippe pandémique, les maladies respiratoires infantiles, la dengue et le paludisme.
  • Découverte et développement d'adjuvants. Il existe un besoin critique d'identification et de caractérisation de nouveaux adjuvants pour renforcer l'immunité et augmenter l'efficacité des vaccins nouveaux ou existants. Le NIAID soutient un programme d'adjuvants robuste à la fois dans la découverte et le développement dans le but ultime de faire progresser les adjuvants candidats vers l'homologation pour l'usage humain.
  • Recherche et développement de médicaments. Le développement de thérapies pour traiter les maladies infectieuses et immunologiques est un élément clé de la mission du NIAID. En collaboration avec l'industrie, les universités, les organisations à but non lucratif et d'autres agences gouvernementales, le NIAID a mis en place des programmes de recherche pour faciliter le développement de médicaments, y compris des programmes de dépistage pour identifier des composés susceptibles d'être utilisés comme agents thérapeutiques, des installations pour effectuer des tests précliniques de médicaments prometteurs, et réseaux d'essais cliniques pour évaluer l'innocuité et l'efficacité des médicaments et des stratégies thérapeutiques chez l'homme.
  • Résistance antimicrobienne. Le NIAID finance et mène des recherches approfondies pour étudier la résistance aux antimicrobiens des principaux agents pathogènes viraux, bactériens, fongiques et parasitaires. Les projets comprennent la recherche fondamentale sur les mécanismes pathogènes des agents pathogènes, les interactions hôte-pathogène et les mécanismes moléculaires responsables de la résistance aux médicaments, ainsi que la recherche translationnelle pour développer et évaluer des produits nouveaux ou améliorés pour le diagnostic, l'intervention et la prévention des maladies. Le NIAID soutient les essais cliniques qui évaluent les antimicrobiens nouveaux et existants et les nouveaux vaccins pertinents pour les infections résistantes aux médicaments grâce à des installations de recherche intra-muros et d'essais cliniques de pointe, des initiatives ciblées par le NIAID et des réseaux d'essais cliniques, qui comprennent les groupes d'essais cliniques sur le sida chez l'adulte, le vaccin et Unités d'évaluation du traitement et le Groupe de leadership sur la résistance antibactérienne (ARLG). Créé en 2013, l'ARLG développe, conçoit, met en œuvre et gère un programme de recherche clinique pour accroître les connaissances sur la résistance antibactérienne. L'ARLG vise à faire avancer la recherche en construisant des essais transformationnels qui changeront la pratique clinique et réduiront l'impact de la résistance antibactérienne.
  • Minorité et santé des femmes. Certaines des maladies étudiées par le NIAID affectent de manière disproportionnée les femmes et les populations minoritaires. L'Institut reste attaché à l'inclusion des minorités et des femmes dans tous les aspects de son programme scientifique, du recrutement de populations spéciales dans des études cliniques à la conduite de recherches biomédicales par des chercheurs issus de minorités et de femmes. La Division des activités extra-muros du NIAID parraine des activités visant à éliminer les disparités persistantes en matière de santé parmi ces populations. Grâce aux efforts de la Division, des activités sont développées pour encourager les progrès scientifiques dans la recherche sur les différences entre les sexes et les sexes, et pour encourager la formation à la recherche de chercheurs qui se concentrent sur la santé des femmes et des filles, et pour stimuler la formation et le développement de chercheurs issus de populations historiquement sous-représenté dans la recherche biomédicale aux États-Unis La Division développe également des initiatives de formation innovantes pour augmenter le nombre de scientifiques d'horizons divers en soutenant la formation à la recherche de premier cycle, des cycles supérieurs et des cycles supérieurs en maladies immunologiques et infectieuses. Les résultats de la recherche du NIAID sont diffusés à diverses communautés mal desservies par le biais des activités de sensibilisation de l'Institut, qui se sont concentrées sur le VIH/sida, l'asthme, les maladies sexuellement transmissibles et les maladies auto-immunes.

Résistance aux médicaments antiviraux contre la grippe

Lorsqu'un médicament antiviral est pleinement efficace contre un virus, ce virus est dit sensible à ce médicament antiviral. Les virus de la grippe changent constamment et peuvent parfois changer de manière à rendre les médicaments antiviraux moins efficaces ou ne pas fonctionner du tout contre ces virus. Lorsqu'un virus de la grippe change dans le site actif où agit un médicament antiviral, ce virus montre une sensibilité réduite à ce médicament antiviral. Une sensibilité réduite peut être un signe de résistance potentielle aux médicaments antiviraux. Les médicaments antiviraux peuvent ne pas fonctionner aussi bien contre les virus à sensibilité réduite. Les virus de la grippe peuvent présenter une sensibilité réduite à un ou plusieurs médicaments antiviraux contre la grippe.

Aux États-Unis, il existe quatre médicaments antiviraux approuvés par la FDA et recommandés par le CDC cette saison. Trois sont des médicaments antiviraux inhibiteurs de la neuraminidase : l'oseltamivir (disponible en version générique ou sous le nom commercial Tamiflu®) pour l'administration orale, le zanamivir (nom commercial Relenza®) pour l'inhalation orale à l'aide d'un inhalateur et le peramivir (nom commercial Rapivab®) pour l'administration intraveineuse. Le quatrième est un inhibiteur de l'endonucléase cap-dépendante (CEN), le baloxavir marboxil (nom commercial Xofluza®) pour administration orale, approuvé pour une utilisation aux États-Unis pendant la saison 2018-2019 par la FDA en octobre 2018.

Il existe une autre classe de médicaments antiviraux contre la grippe (amantadine et rimantadine) appelés adamantanes (qui n'ont une activité que contre les virus de la grippe A) dont l'utilisation n'est pas recommandée aux États-Unis à l'heure actuelle en raison de la résistance antivirale généralisée des virus de la grippe A en circulation.

Quelle est l'étendue de la sensibilité réduite et de la résistance aux antiviraux aux États-Unis ?

Aux États-Unis, la majorité des virus grippaux circulant récemment ont été entièrement sensibles aux médicaments antiviraux inhibiteurs de la neuraminidase et au baloxavir. D'un autre côté, de nombreux virus de la grippe A sont résistants aux médicaments à base d'adamantane, c'est pourquoi leur utilisation n'est pas recommandée pour le moment.

Comment la sensibilité réduite et la résistance aux antiviraux se produisent-elles ?

Les virus de la grippe changent constamment, ils peuvent changer d'une saison à l'autre et peuvent même changer au cours d'une saison grippale. À mesure qu'un virus de la grippe se réplique (c. Les virus de la grippe peuvent devenir moins sensibles aux médicaments antiviraux spontanément ou émerger au cours du traitement antiviral. Les virus qui sont moins sensibles ou résistants varient dans leur capacité à se transmettre à d'autres personnes.

Comment la sensibilité réduite et la résistance aux antiviraux sont-elles détectées ?

Le CDC teste régulièrement les virus de la grippe collectés dans le cadre d'une surveillance nationale et mondiale pour voir s'ils présentent des indications de sensibilité réduite à l'un des médicaments antiviraux contre la grippe approuvés par la FDA, car cela peut suggérer un potentiel de résistance aux antiviraux. Ces données éclairent les recommandations des politiques de santé publique sur l'utilisation des médicaments antiviraux contre la grippe.

La détection d'une sensibilité réduite et d'une résistance antivirale implique plusieurs tests de laboratoire, y compris des tests fonctionnels spécifiques et des techniques moléculaires (séquençage et pyroséquençage) pour rechercher des modifications génétiques associées à une sensibilité antivirale réduite.

Comment le CDC s'est-il préparé à tester la sensibilité réduite et la résistance antivirale au nouvel antiviral baloxavir contre la grippe ?

La division Influenza du CDC a pris des mesures de laboratoire spécifiques pour incorporer le nouveau médicament antiviral baloxavir dans la surveillance virologique de routine. Cela comprend la création et la validation de nouveaux tests pour déterminer la sensibilité au baloxavir, et la formation de laboratoires pour effectuer des tests de sensibilité au baloxavir.

Les virus de la grippe saisonnière A et B chez les humains ainsi que plusieurs virus de la grippe A qui circulent chez les animaux ont été testés pour établir la sensibilité de base au baloxavir. De plus, la sensibilité d'autres virus grippaux lointainement apparentés au baloxavir a été testée. Le CDC collabore également avec l'Association of Public Health Laboratories (APHL) et le Wadsworth Center NYSDOH, un National Influenza Reference Center (NIRC), pour établir une capacité de test en laboratoire de la sensibilité au baloxavir. Le CDC a formé le personnel de ces organisations partenaires à l'utilisation de la nouvelle méthode du CDC pour évaluer la sensibilité au baloxavir.

Qu'est-ce que la résistance à l'oseltamivir et quelles en sont les causes ?

Les virus de la grippe changent constamment (pour plus d'informations, voir Comment le virus de la grippe peut changer. Les changements qui se produisent dans les virus de la grippe en circulation impliquent généralement les structures des virus et deux protéines de surface primaires : la neuraminidase (NA) et l'hémagglutinine (HA). (Voir l'image ci-dessous pour une visualisation d'un virus de la grippe et de ses protéines de surface HA et NA.)

L'oseltamivir est le plus couramment prescrit des médicaments antiviraux recommandés aux États-Unis qui est utilisé pour traiter la grippe. L'oseltamivir est connu comme un « inhibiteur de la NA » car ce médicament antiviral se lie aux protéines NA d'un virus de la grippe et inhibe l'activité enzymatique de ces protéines. En inhibant l'activité NA, l'oseltamivir empêche les virus de la grippe de se propager des cellules infectées vers d'autres cellules saines.

Si les protéines NA d'un virus de la grippe changent, l'oseltamivir peut perdre sa capacité à se lier aux protéines NA du virus et à en inhiber la fonction. Il en résulte une &ldquooseltamivir résistance&rdquo (non-sensibilité). Un changement génétique particulier connu sous le nom de mutation &ldquoH275Y&rdquo est la seule mutation connue à conférer une résistance à l'oseltamivir aux virus de la grippe H1N1 de 2009. La mutation &ldquoH275Y&rsquo rend l'oseltamivir inefficace dans le traitement des maladies causées par ce virus de la grippe en empêchant l'oseltamivir d'inhiber l'activité NA, ce qui permet ensuite au virus de se propager aux cellules saines. La mutation H275Y réduit également l'efficacité du péramivir pour traiter les infections par le virus de la grippe avec cette mutation.

Comment le CDC améliore-t-il la surveillance des virus de la grippe pour une sensibilité réduite et une résistance antivirale ?

Les CDC améliorent continuellement la capacité de détecter rapidement les virus de la grippe avec une sensibilité réduite aux antiviraux et une résistance aux antiviraux grâce à l'amélioration des méthodes de laboratoire, en augmentant le nombre de sites de surveillance aux niveaux national et mondial et en augmentant le nombre de laboratoires pouvant tester la sensibilité réduite et la résistance aux antiviraux. Les efforts de surveillance accrus ont permis au CDC de détecter plus rapidement les virus résistants et de surveiller l'évolution des tendances au fil du temps.

Comment les profils de sensibilité aux antiviraux grippaux ont-ils changé au cours de la saison grippale précédente (2019-2020) ?

Les profils de sensibilité aux antiviraux ont très peu changé en 2019-2020 par rapport à la saison précédente (2018-2019). Au cours des saisons 2018-2019 et 2019-2020, seul un petit nombre de virus étaient résistants à l'oseltamivir. La plupart des virus de la grippe testés en 2019-2020 sont restés sensibles aux médicaments antiviraux recommandés pour la grippe par les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) et le Comité consultatif sur les pratiques de vaccination (ACIP) (oseltamivir, zanamivir, peramivir et baloxavir ). La résistance à la classe adamantane des médicaments antiviraux parmi les virus A/H3N2 et A/H1N1 est restée répandue (les virus de la grippe B ne sont pas sensibles aux médicaments adamantane).

Le CDC effectue une surveillance et des tests continus des virus de la grippe pour la sensibilité et la résistance réduites aux antiviraux parmi les virus grippaux saisonniers et nouveaux, et les directives sont mises à jour au besoin.

Étant donné qu'il n'y a eu aucun changement radical dans les profils de sensibilité aux antiviraux au cours de la saison grippale 2019-2020, les directives pour la saison grippale 2020-2021 sur l'utilisation des médicaments antiviraux contre la grippe restent inchangées. Les derniers conseils pour les cliniciens sur l'utilisation des médicaments antiviraux pour la grippe sont disponibles sur le site Web des CDC à Antiviral Drugs: Information for Health Professionals.

Que peuvent faire les gens pour se protéger contre les virus de la grippe ayant une sensibilité et une résistance aux antiviraux réduites ?

Se faire vacciner chaque année contre la grippe saisonnière est le meilleur moyen de réduire le risque de grippe et ses complications potentiellement graves. Les vaccins contre la grippe protègent contre un virus de la grippe A(H1N1), un virus de la grippe A(H3N2) et un ou deux virus de la grippe B (selon le vaccin). Le CDC recommande que toute personne âgée de 6 mois et plus se fasse vacciner chaque année. Si vous faites partie d'un groupe à haut risque de complications graves liées à la grippe et que vous présentez des symptômes grippaux, appelez immédiatement votre médecin, vous pourriez bénéficier d'un traitement précoce avec un médicament antiviral contre la grippe. Si vous n'êtes pas à haut risque, si possible, restez à la maison pour éviter le travail, l'école et les courses lorsque vous êtes malade. Cela vous évitera de transmettre votre maladie à d'autres. Voir Informations importantes pour les personnes atteintes de la grippe pour plus d'informations.


Reconstruction du virus pandémique de la grippe de 1918

Les chercheurs du CDC et leurs collègues ont réussi à reconstituer le virus de la grippe qui a causé la pandémie de grippe de 1918-19, qui a tué jusqu'à 50 millions de personnes dans le monde. Un rapport de leurs travaux, &ldquoCaracterization of the Reconstruit 1918 Spanish Influenza Pandemic Virus external icon ,&rdquo a été publié dans le numéro du 7 octobre 2005 de Science. Le travail était une collaboration entre des scientifiques du CDC, de la Mount Sinai School of Medicine external icon , de l'Armed Forces Institute of Pathology et du Southeast Poultry Research Laboratory external icon . Les questions et réponses suivantes décrivent cette importante recherche et les problèmes connexes.

Remarque : pour un résumé historique détaillé de ce travail, y compris la façon dont il a été mené, les personnes impliquées et les leçons qui en ont été tirées, voir The Deadliest Flu: The Complete Story of the Discovery and Reconstruction of the 1918 Pandemic Virus.

Contexte de la recherche

Quelles recherches le Science article décrire? Pourquoi c'est important?

En savoir plus sur la façon dont un groupe d'experts de chercheurs et de chasseurs de virus a localisé le virus perdu de 1918, séquencé son génome et reconstruit le virus dans un laboratoire hautement sécurisé et réglementé au CDC pour étudier ses secrets et mieux se préparer aux futures pandémies.

Ce rapport décrit la reconstruction réussie du virus de la grippe A(H1N1) responsable de la pandémie de &ldquogrippe espagnole» de 1918 et fournit de nouvelles informations sur les propriétés qui ont contribué à sa virulence exceptionnelle. Ces informations sont essentielles pour évaluer l'efficacité des interventions de santé publique actuelles et futures, qui pourraient être utilisées en cas de réapparition d'un virus de type 1918. Les connaissances issues de ces travaux pourraient également éclairer la pathogenèse des virus de la grippe humaine contemporains à potentiel pandémique. L'émergence naturelle d'un autre virus pandémique est considérée comme hautement probable par de nombreux experts et, par conséquent, les connaissances sur les mécanismes pathogènes peuvent contribuer et contribuent au développement d'interventions prophylactiques et thérapeutiques nécessaires pour se préparer aux futurs virus pandémiques.

Quelles sont les raisons de faire ces expériences ?

La pandémie de grippe de 1918-19 a tué environ 50 millions de personnes dans le monde, bien plus que les pandémies ultérieures du 20e siècle. Les propriétés biologiques qui confèrent la virulence aux virus de la grippe pandémique n'ont traditionnellement pas été bien comprises et ont justifié une étude plus approfondie. Les recherches visant à mieux comprendre comment les gènes individuels du virus de la grippe pandémique de 1918 contribuent au processus de la maladie fournissent des informations importantes sur la base de la virulence. Ce type d'information a aidé les responsables de la santé à concevoir des stratégies appropriées pour un diagnostic, un traitement et une prévention précoces, en cas d'apparition d'un virus pandémique similaire. De plus, ces recherches éclairent le développement de principes généraux avec lesquels nous pouvons mieux concevoir des médicaments antiviraux et d'autres interventions contre tous les virus de la grippe à virulence accrue.

Qui a financé les travaux décrits dans cet article ?

Les travaux avec le virus reconstruit de 1918 ont été menés et soutenus par le CDC. Le département américain de l'Agriculture (USDA), les National Institutes of Health (NIH) et l'Armed Forces Institute of Pathology (AFIP) ont tous apporté leur soutien à de nombreux autres aspects de cette recherche.

Quand le CDC a-t-il commencé ses recherches sur le virus de 1918 ?

Les études des CDC sur le virus de la grippe de 1918 ont commencé en 2004 avec le lancement de tests sur des virus contenant des sous-ensembles des huit gènes du virus de 1918. Des articles précédents décrivant les propriétés de ces virus ont été publiés avant 2005. La reconstruction de l'ensemble du virus de 1918 a commencé en août 2005.

Un virus H1N1 de type 1918 pourrait-il réapparaître et provoquer à nouveau une pandémie?

Il est impossible de prédire avec certitude l'émergence d'une future pandémie, y compris un virus de type 1918. Les pandémies surviennent lorsqu'un virus de la grippe apparaît contre lequel il y a peu ou pas d'immunité préexistante dans la population humaine. Cependant, on pense généralement qu'une pandémie de type 1918 serait moins grave en raison de l'avènement des vaccins pour prévenir la grippe, des médicaments antiviraux actuellement approuvés par la FDA et du système mondial de surveillance de la grippe existant que maintient l'Organisation mondiale de la santé.

Les antiviraux et vaccins actuels sont-ils efficaces contre le virus H1N1 de 1918 ?

Oui. L'oseltamivir (Tamiflu® ou générique) s'est avéré efficace contre des virus grippaux A(H1N1) similaires et devrait être efficace contre le virus H1N1 de 1918. D'autres antiviraux (zanamivir, peramivir et baloxavir) n'ont pas été testés contre ce virus spécifique mais devraient également être efficaces. Les vaccins contenant l'HA de 1918 ou d'autres protéines HA de sous-type H1 ont été efficaces pour protéger les souris contre le virus H1N1 de 1918. On s'attend à ce que la vaccination avec les vaccins antigrippaux saisonniers actuels fournisse une certaine protection aux humains puisque les vaccins antigrippaux saisonniers ont fourni un certain niveau de protection contre le virus H1N1 de 1918 chez les souris.

De nouvelles prophylactiques et thérapeutiques qui pourraient être efficaces contre le virus de 1918 sont-elles en cours ?

Les scientifiques continuent de travailler sur le développement de nouveaux antiviraux qui pourraient être efficaces contre un virus de type 1918. La reconstruction du virus pandémique H1N1 de 1918 et les études ultérieures qui ont suivi ont montré que les gènes de la polymérase de 1918 contribuent à une réplication efficace du virus pandémique. Cette idée a identifié un facteur de virulence important dans l'étude de la grippe qui est maintenant ciblé pour le développement de composés antiviraux. Par conséquent, de nouveaux inhibiteurs de la polymérase promettent d'ajouter aux options de gestion clinique contre les infections par le virus de la grippe à l'avenir.

Précautions de biosécurité

Le public était-il menacé par les expériences menées sur ce virus ?

Les travaux décrits dans ce rapport ont été effectués en utilisant des précautions de biosûreté et de biosécurité rigoureuses conçues pour protéger les travailleurs et le public contre une éventuelle exposition à ce virus (par exemple, en cas de dissémination accidentelle du virus dans l'environnement). Le virus de 1918 utilisé dans ces expériences a depuis été détruit au CDC et ne présente aucun risque permanent pour le public.

Quelles précautions de biosûreté et de biosécurité pour protéger les travailleurs de laboratoire et le public étaient en place pendant que ce travail était effectué ?

Avant le début des expériences, deux niveaux d'approbation interne du CDC ont été effectués : un examen du comité institutionnel de biosécurité et un examen du comité de protection et d'utilisation des animaux. Tous les virus contenant un ou plusieurs segments de gènes du virus de la grippe de 1918 ont été générés et manipulés conformément aux directives de biosécurité de la recommandation provisoire du CDC-NIH pour augmenter le niveau de biosécurité des travaux de laboratoire impliquant des virus de la grippe humains non contemporains. Bien que le virus de 1918 n'ait pas été désigné comme agent sélectionné au moment où ce travail a été effectué, toutes les procédures ont été effectuées à l'aide des éléments de biosécurité renforcés mandatés par le programme CDC&rsquos Select Agent. Le comité consultatif technique intra-gouvernemental sur les agents sélectionnés et les toxines a recommandé que le virus de la grippe reconstruit de 1918 soit ajouté à la liste des agents sélectionnés du HHS le 30 septembre 2005. Suite à cette recommandation, le CDC a modifié ses règlements et a désigné toutes les formes compétentes pour la réplication reconstruite du virus. Virus de la grippe pandémique de 1918 contenant une partie quelconque des régions codantes des huit segments de gènes (virus de la grippe de 1918 reconstitué) en tant qu'agent sélectionné.

Quelles sont les pratiques de biosécurité et les conditions de confinement appropriées pour travailler avec la souche de grippe de 1918 ?

Les pratiques, procédures et installations de niveau de biosécurité 3 ou de biosécurité animale 3, ainsi que des améliorations comprenant des procédures spéciales (discutées dans la question suivante ci-dessous), sont recommandées pour le travail avec la souche 1918. Il existe quatre niveaux de biosécurité qui correspondent au degré de risque posé par la recherche et impliquent des niveaux gradués de protection pour le personnel, l'environnement et la communauté. Le niveau de biosécurité 4 fournit les conditions de confinement les plus strictes, le niveau de biosécurité 1 le moins strict. Ces niveaux de biosécurité consistent en une combinaison de pratiques et de techniques de laboratoire, d'équipements de sécurité et d'installations de laboratoire adaptées aux opérations effectuées. Les critères spécifiques pour chaque niveau de biosécurité sont détaillés dans la publication CDC/NIH Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories.

Qu'est-ce que le niveau de biosécurité 3 &ldquoenhanced&rdquo ? Quelles sont les améliorations spécifiques utilisées pour travailler avec la souche de grippe de 1918 ?

Une installation de niveau de biosécurité 3 avec des améliorations spécifiques comprend des barrières primaires (enceintes de sécurité, chambres d'isolement, gants et blouses) et secondaires (construction d'installations, traitement de filtration HEPA de l'air évacué) pour protéger les travailleurs de laboratoire et le public contre une exposition accidentelle. Les procédures supplémentaires spécifiques (&ldquoenhanced&rdquo) utilisées pour travailler avec la souche 1918 comprennent :

  • Respect rigoureux des protocoles supplémentaires de protection respiratoire et de changement de vêtements
  • Utilisation de respirateurs à pression négative, à filtre HEPA ou de respirateurs purificateurs d'air (PAPR)
  • Utilisation de la filtration HEPA pour le traitement de l'air évacué et
  • Modification des pratiques du personnel pour inclure des douches personnelles avant de quitter le laboratoire.

De plus amples détails sur les recommandations de biosécurité pour le travail avec divers virus de la grippe humaine et animale, y compris le virus de 1918, peuvent être trouvés dans les directives provisoires du CDC/NIH pour un tel travail à la recommandation provisoire du CDC-NIH pour augmenter le niveau de biosécurité des travaux de laboratoire impliquant la grippe humaine non contemporaine. Virus.

Comment ces expériences ont-elles été menées en toute sécurité en utilisant le confinement fourni par BSL-3 avec des améliorations ?

Des laboratoires hautement qualifiés ont travaillé avec la souche du virus de la grippe de 1918 en toute sécurité en utilisant un confinement amélioré par BSL-3. Les chercheurs du CDC reçoivent une formation spécialisée et passent par un processus rigoureux d'autorisation de biosécurité (et de sécurité). Pour les travaux rapportés dans le Science article, le chercheur principal du CDC a fourni des rapports écrits hebdomadaires de routine aux responsables de la gestion du CDC, y compris le directeur scientifique de l'agence, et a été chargé d'informer immédiatement les responsables de l'agence de toute préoccupation liée à la biosûreté ou à la biosécurité.

Une installation BSL-3 avec des améliorations spécifiques comprend des barrières primaires (armoires de sécurité, armoires d'isolement, gants, blouses) et secondaires (construction d'installations) pour protéger les travailleurs de laboratoire et le public contre une exposition accidentelle. Les améliorations spécifiques comprennent les exigences de changement de vêtements et de douche, ainsi que l'utilisation d'un respirateur à épuration d'air motorisé (combinaisons demi-corps PAPR). Les barrières primaires et secondaires ainsi que les pratiques de sécurité personnelle supplémentaires fournissent un confinement approprié pour mener de telles recherches sur la grippe.Le CDC a évalué les études spécifiques à mener ainsi que l'équipe scientifique hautement expérimentée menant la recherche et a conclu que ce travail pourrait se dérouler sous confinement BSL-3 avec des améliorations.

Pourquoi le confinement amélioré par la BSL-3 a-t-il été utilisé pour les travaux sur le virus H1N1 de 1918 alors que la plupart des virus de la grippe humaine du sous-type H1N1 sont manipulés dans des conditions de confinement beaucoup moins strictes ?

Les mesures de biosécurité appropriées pour travailler sur un agent pathogène donné dépendent d'un certain nombre de facteurs, y compris l'expérience antérieure avec l'agent pathogène ou des agents pathogènes similaires, la virulence et la transmissibilité de l'agent pathogène, le type d'expérience et la disponibilité de vaccins et/ou de médicaments antimicrobiens efficaces. contre l'agent pathogène. Avant la reconstruction du virus de 1918, le CDC a soigneusement évalué les études spécifiques à mener et a conclu que cette recherche pouvait être effectuée en toute sécurité sous un confinement amélioré par BSL-3. Tous les virus contenant un ou plusieurs segments de gène du virus de la grippe de 1918 ont été générés et manipulés dans des conditions de laboratoire de confinement élevé (BSL 3-enhanced) conformément aux directives du NIH et du CDC. Les recommandations pour les niveaux de biosécurité sont faites par un panel d'experts et sont suivies de manière stricte.

Un niveau de confinement plus élevé (niveau de biosécurité 4) est utilisé pour les travaux sur les agents pathogènes nouveaux ou exotiques pour lesquels il n'existe aucun traitement ou vaccin. Ce n'est pas le cas pour le virus de 1918. Les descendants du virus de la grippe de 1918 circulent encore aujourd'hui, et les vaccins actuels contre la grippe saisonnière offrent une certaine protection contre le virus de 1918. En outre, deux types de médicaments antiviraux, la rimantadine (Flumadine) et l'oseltamivir (Tamiflu® ou générique) se sont révélés efficaces contre des virus grippaux A(H1N1) similaires et devraient être efficaces contre le virus H1N1 de 1918. D'autres antiviraux (zanamivir, peramivir et baloxavir) n'ont pas été testés contre ce virus spécifique mais devraient également être efficaces.

La conception physique et technique du confinement amélioré BSL-3 est très similaire à celle utilisée dans les laboratoires BSL-4. Le laboratoire BSL-3 dispose également d'un contrôle du débit d'air directionnel de pointe qui filtre l'air sortant, et tous les déchets sont autoclavés ou décontaminés avant de quitter la zone de travail, empêchant ainsi la fuite d'agents infectieux.

Problèmes de biosécurité

La génération du virus pandémique de la grippe espagnole de 1918 contenant la séquence codante complète des huit segments de gènes viraux a-t-elle violé la Convention sur les armes biologiques ?

Non. L'article I de la Convention sur les armes biologiques (BWC) autorise spécifiquement la recherche microbiologique à des fins prophylactiques, protectrices ou à d'autres fins pacifiques. L'article X de la Convention sur les armes biologiques encourage l'échange le plus complet possible d'informations scientifiques et technologiques sur l'utilisation d'agents biologiques pour la prévention des maladies et à d'autres fins pacifiques. En outre, l'article X de la BWC dispose que la BWC ne doit pas entraver le développement technologique dans le domaine des activités bactériologiques pacifiques. Étant donné que l'émergence d'un autre virus pandémique est considérée comme probable, voire inévitable, la caractérisation du virus de 1918 peut nous permettre de reconnaître la menace potentielle posée par les nouvelles souches de virus de la grippe, et elle mettra en lumière les contre-mesures prophylactiques et thérapeutiques qui seront nécessaires pour contrôler les virus pandémiques.

Le rapport a-t-il fourni un « plan directeur » aux bioterroristes pour développer et déclencher une pandémie dévastatrice dans le monde ?

Non. Ce rapport ne fournit pas de modèle permettant à un bioterroriste de développer une souche de grippe pandémique. Le système de génétique inverse qui a été utilisé pour générer le virus de 1918 est une technique de laboratoire largement utilisée. Bien que l'on craigne que cette approche ne soit potentiellement utilisée à des fins de bioterrorisme, le partage de ces informations avec la communauté scientifique présente également des avantages potentiels clairs et significatifs : à savoir, faciliter le développement d'interventions efficaces, renforçant ainsi la santé publique et la sécurité nationale.

Le virus de la grippe de 1918 est-il un agent de choix ?

Le comité consultatif technique intra-gouvernemental sur les agents sélectionnés et les toxines s'est réuni le 30 septembre 2005 et a recommandé que le virus de la grippe reconstruit de 1918 soit ajouté à la liste des agents sélectionnés du HHS. À la suite de cette recommandation, le CDC a modifié ses règlements et désigné toutes les formes compétentes pour la réplication reconstruite du virus de la grippe pandémique de 1918 contenant une partie des régions codantes des huit segments de gènes (virus de la grippe de 1918 reconstruit) comme agent sélectionné.

Qu'est-ce que le programme Select Agent ?

Les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) réglementent la possession, l'utilisation et le transfert d'agents et de toxines sélectionnés susceptibles de constituer une menace grave pour la santé et la sécurité publiques. Le programme CDC Select Agent supervise ces activités et enregistre tous les laboratoires et autres entités aux États-Unis d'Amérique qui possèdent, utilisent ou transfèrent un agent ou une toxine sélectionné.


Aperçu général

On estime que les virus de la grippe provoquent des infections symptomatiques chez 3 à 11 % de la population américaine chaque année et une maladie grave chez environ 1,5 % des personnes infectées. Bien que plusieurs médicaments actuellement disponibles puissent limiter la gravité d'une infection grippale, la vaccination annuelle reste l'approche la plus efficace pour réduire la charge de morbidité causée par les virus grippaux.

Les vaccins antigrippaux actuels comprennent des virus grippaux inactivés fractionnés, des virus grippaux vivants atténués et des antigènes d'hémagglutinine (HA) recombinants. Chaque type de vaccin présente des avantages et tous protègent contre les deux sous-types de grippe A (H1N1 et H3N2) et au moins une des lignées de grippe B (Yamagata et Victoria) qui sont responsables des infections saisonnières chez l'homme.

La fabrication de vaccins antigrippaux inactivés fractionnés implique généralement la propagation de virus vaccinaux candidats (CVV) dans des œufs ou des cellules de mammifères, tandis que les vaccins HA recombinants sont produits à partir de cellules d'insectes. Malgré ces différences, les deux produits sont standardisés en fonction de la teneur en antigène HA, car les réponses contre l'HA sont bien corrélées avec la protection.

Chaque saison, plusieurs défis interconnectés peuvent affecter l'efficacité du vaccin antigrippal : 1) Les virus grippaux évoluent constamment, ce qui peut provoquer une dérive antigénique et parfois un déplacement antigénique des virus de type A 2) les souches vaccinales doivent être sélectionnées des mois à l'avance pour respecter les délais de fabrication 3) la propagation virale dans les œufs ou les cellules peut entraîner des adaptations inattendues qui peuvent altérer des antigènes importants dans le vaccin.

Bien que les vaccins antigrippaux aient été principalement développés pour générer une réponse immunitaire optimale contre l'HA, les virus grippaux possèdent un deuxième antigène de surface moins abondant, la neuraminidase (NA). Comme l'HA, les anticorps qui reconnaissent la NA peuvent fournir à la fois une protection adaptée et croisée contre les souches du virus de la grippe. NA évolue également et dérive indépendamment de HA. Ces propriétés impliquent qu'en améliorant la réponse NA, il pourrait être possible d'augmenter l'étendue de la couverture vaccinale et d'atténuer bon nombre des défis annuels auxquels les vaccins antigrippaux sont confrontés.

Dans les vaccins fractionnés inactivés et vivants atténués contre le virus de la grippe, la NA est présente. Cependant, de nombreux problèmes techniques doivent d'abord être résolus avant que la composante NA des vaccins annuels puisse être réglementée. Notre laboratoire aborde systématiquement plusieurs de ces problèmes afin d'établir un cadre pour améliorer la capacité de NA à augmenter l'étendue et l'efficacité du vaccin annuel.


La guerre contre la grippe : découverte et développement des inhibiteurs de la sialidase

La menace d'une pandémie majeure de grippe humaine, en particulier de souches très agressives telles que le H5N1 aviaire, a souligné la nécessité de stratégies thérapeutiques pour lutter contre ces agents pathogènes. À l'heure actuelle, deux inhibiteurs de la sialidase (également appelée neuraminidase), une enzyme virale qui joue un rôle clé dans le cycle de vie des virus grippaux, constitueraient le pilier des stratégies pharmacologiques en cas de pandémie. Cet article fournit une perspective historique sur la découverte et le développement de ces médicaments - zanamivir et oseltamivir - et met en évidence la valeur de la conception de médicaments basée sur la structure dans ce processus.

L'émergence du virus de la grippe aviaire H5N1, extrêmement agressif, en particulier en Asie, a fait de la probabilité d'une pandémie de grippe humaine et de son impact socio-économique possible une préoccupation mondiale majeure 1,2,3 . L'apparition du virus H5N1 et les décès humains qu'il a déjà provoqués ont sensibilisé la population générale et les gouvernements à la menace du virus de la grippe au point que de nombreux gouvernements ont mis en place des plans de préparation et que les médicaments antigrippaux disponibles sont stocké.

Historiquement, les premiers médicaments disponibles pour le traitement de la grippe étaient les inhibiteurs de la protéine des canaux ioniques M2 à base d'adamantane, la rimantidine et l'amantadine 4,5. Ces composés n'ont été utiles que dans le traitement de l'infection grippale A, car seules les souches A du virus ont des protéines de canal ionique M2 4,5,6,7. Bien que les deux médicaments puissent être efficaces contre l'infection par le virus de la grippe A, il a été rapporté qu'ils provoquent des effets secondaires sur le SNC 5,6 et ont donné lieu à l'émergence rapide de souches virales résistantes aux médicaments 7 .

Compte tenu de ces problèmes, des efforts considérables ont été déployés dans le monde entier pour découvrir de nouveaux agents thérapeutiques contre tous les types de grippe, et plusieurs revues intéressantes concernant les aspects du virus de la grippe ont été publiées (par exemple, les références 8-11). Ici, après avoir fourni quelques informations sur le virus de la grippe et ses glycoprotéines de surface clés, cet article décrit la découverte et le développement des inhibiteurs de la sialidase du virus de la grippe (également connu sous le nom de neuraminidase/exo-α-sialidase EC 3.2.1.18), qui sont maintenant au l'avant-garde des défenses contre une pandémie de grippe. Des efforts ciblés pour développer de tels médicaments en utilisant des informations structurelles ont commencé dans les années 1980 et fournissent l'un des premiers exemples d'application de la conception de médicaments basée sur la structure.

Le virus de la grippe appartient à la famille des orthomyxoviridae, qui se subdivise en trois types sérologiquement distincts : A, B et C. Seuls les virus de la grippe A et B semblent être préoccupants en tant qu'agents pathogènes humains, car le virus de la grippe C ne semble pas causer de maladie significative 12, 13 . Une classification plus poussée du virus de la grippe est basée sur les propriétés antigéniques de ses glycoprotéines de surface, l'hémagglutinine et la sialidase 14 (Fig. 1), qui sont toutes deux essentielles au déroulement de l'infection (Fig. 2). Ces glycoprotéines de surface sont des protéines reconnaissant les glucides et, chez l'homme, sont connues pour reconnaître l'acide sialique N-acide acétylneuraminique (Neu5Ac qui a des formes α et lorsqu'il n'est pas conjugué composé 1, Fig. 3), qui est généralement associé à l'unité glucidique terminale liée à l'a des voies respiratoires supérieures et aux glycoconjugués associés aux poumons 13,15.

une | Vue du trimère de l'hémagglutinine du virus de la grippe complexé avec N-acide acétylneuraminique (Neu5Ac sous forme CPK). b | Une sous-unité monomère de la sialidase du virus de la grippe A complexée avec Neu5Ac (sous forme CPK). Le site catalytique est situé à proximité de l'axe de pseudo-symétrie.

La surface du virus grippal A est décorée de trois protéines : une protéine canal ionique M2, la lectine hémagglutinine et l'enzyme sialidase. Typiquement, le virus de la grippe adhère à la cellule hôte cible en utilisant sa glycoprotéine de surface hémagglutinine pour reconnaître les glycoconjugués tels que GD1a qui affichent une liaison α terminale N-résidus d'acide acétylneuraminique (α-Neu5Ac, composé 1a, figure 3). Le virus est ensuite endocytosé, la fusion se produit et la machinerie de la cellule hôte est engagée pour produire les composants viraux nécessaires. La synthèse subséquente des protéines virales et l'assemblage des particules dans la cellule hôte préparent la descendance du virion pour que le processus de bourgeonnement sorte de la cellule hôte. L'enzyme sialidase clive les résidus terminaux α-Neu5Ac des glycoprotéines de descendance virion nouvellement synthétisées ainsi que de la surface de la cellule hôte. L'action de la sialidase permet à la descendance du virion agrégé à la surface de la cellule hôte de s'éluer loin de la cellule infectée et de rechercher de nouvelles cellules hôtes à infecter. L'hémagglutinine et la sialidase ont été proposées comme cibles potentielles de découverte de médicaments antigrippaux. Comme décrit dans le texte principal, le zanamivir et l'oseltamivir bloquent efficacement l'action de la sialidase et inhibent significativement le mécanisme de libération. La protéine du canal ionique M2 du virus de la grippe A a également été ciblée par une classe de médicaments appelés adamantanes, qui comprennent l'amantadine et la rimantadine. Enfin, il a également été démontré que la ribavirine inhibe la réplication virale en agissant sur la fonction de l'ARN polymérase.

1a, -N-acide acétylneuraminique (α-Neu5Ac) 1b, -anomère de Neu5Ac 2a, 2-désoxy 2,3-didéhydro Neu5Ac (Neu5Ac2en) 2b, N-dérivé trifluoroacétylé de Neu5Ac 3, 2-désoxy-α-Neu5Ac 4, 4-amino-4-désoxy-NeuAc2en 5, 4-désoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en, maintenant connu sous le nom de zanamivir 6, dérivé azoture de 4 et 5 7 , acide uronique 8, carboxylate d'oseltamivir (GS 4071) 9, peramivir 10, une pyrrolidine, A-315675 (Réf. 54) 11, oseltamivir (GS 4104) 12, zanamivir divalent.

L'hémagglutinine est constituée de trois sous-unités identiques (Fig. 1a) et est ancrée à la membrane lipidique du virus 13 . Cette glycoprotéine semble avoir deux rôles importants. Le premier est de fournir un point de contact initial pour le virus aux glycoconjugués de surface de cellule hôte cible par les résidus Neu5Ac terminaux liés de manière -cétosidique 10,16,17. La seconde est de déclencher le processus d'internalisation du virus par fusion de l'enveloppe virale avec la cellule hôte 10,18. Une multitude de structures d'hémagglutinine du virus de la grippe ont été déterminées, ainsi que les structures de plusieurs complexes hémagglutinine-ligand 19,20,21,22 .

La sialidase du virus de la grippe est une enzyme composée de quatre sous-unités identiques qui est également ancrée à la membrane virale 23 . L'enzyme est une exoglycohydrolase et clive les résidus Neu5Ac liés de manière -cétosidique qui coiffent les extrémités de divers glycoconjugués 11 . L'importance de l'action de la sialidase est qu'elle aide au mouvement des particules virales dans les voies respiratoires supérieures ainsi qu'à la libération de la descendance du virion à partir des cellules infectées 24,25. Plusieurs structures cristallines de la sialidase du virus de la grippe, y compris un certain nombre de complexes de la sialidase du virus de la grippe avec Neu5Ac (Fig. 1b) et ses dérivés, ont été déterminées 26,27,28.

Les rôles essentiels, bien que parfois controversés, joués par ces deux glycoprotéines de surface dans le cycle de vie infectieux du virus (Fig. 2), couplés à un ensemble important d'informations structurelles disponibles, ont fourni des opportunités passionnantes pour une découverte rationnelle basée sur la structure. d'agents antigrippaux 11,29 . Le programme de découverte de médicaments antigrippaux basé sur la structure le plus réussi est né du ciblage de la fonction sialidase. Cet article décrit certains aspects de la découverte du premier inhibiteur puissant de la sialidase du virus de la grippe — et maintenant un médicament antigrippal inhalé disponible dans le commerce — le zanamivir (Relenza GlaxoSmithKline) 30 , et la découverte du médicament biodisponible par voie orale approuvé par la suite, l'oseltamivir (Tamiflu Gilead/Roche ) 31 . Des approches plus récentes pour découvrir des inhibiteurs de la sialidase de nouvelle génération pour lutter contre l'infection grippale, en particulier la grippe pandémique, sont également discutées.

Sialidase du virus de la grippe

Les informations fonctionnelles et structurelles sur la sialidase du virus de la grippe ont été vitales dans la découverte de puissants inhibiteurs de cette enzyme, et sa biochimie a fait l'objet d'études approfondies 32,33,34. Comme indiqué ci-dessus, on pense que la sialidase joue au moins deux rôles critiques dans le cycle de vie du virus, y compris la facilitation de la libération de la descendance du virion (Fig. 2) et la mobilité générale du virus dans les voies respiratoires. La sialidase du virus de la grippe semble seulement cliver les résidus Neu5Ac 35 terminaux liés de manière -cétosidique. Le mécanisme enzymatique (encadré 1) semble se dérouler via la formation d'un cation sialosyle intermédiaire putatif 33,36 qui adopte un arrangement en demi-chaise déformé. Cet intermédiaire peut être piégé de manière covalente par le site actif de l'enzyme par attaque nucléophile d'un résidu tyrosine hautement conservé indépendant de la souche. Cet intermédiaire catalytique est ensuite libéré par hydrolyse sous forme de α-Neu5Ac 33 (composé 1a, figure 3).

Plusieurs structures cristallines aux rayons X à haute résolution de la sialidase complexée avec divers inhibiteurs à petites molécules ont été déterminées, y compris Neu5Ac (Fig. 4a). De manière plus frappante, le site actif se compose d'un certain nombre de poches adjacentes distinctes qui sont bordées de huit résidus d'acides aminés hautement conservés qui entrent en contact direct avec Neu5Ac et ses dérivés 27 (Fig. 4b). En outre, il existe dix autres résidus d'acides aminés invariants dans toutes les souches de virus de la grippe à proximité du site actif qui semblent être importants principalement dans la stabilisation de l'architecture du site actif 27,37.

une | -N-acide acétylneuraminique (α-Neu5Ac) lié dans une conformation en bateau au site actif de la sialidase du virus de la grippe. b | Huit résidus d'acides aminés invariants entrent en contact direct avec Neu5Ac. c | Interactions Neu5Ac avec le site actif de la sialidase du virus de la grippe A (dérivé du logiciel LIGPLOT 67).

Lors de la liaison, les glycoconjugués contenant Neu5Ac sont orientés dans le site actif par interaction avec un groupe de trois résidus arginine et la fraction Neu5Ac établit un certain nombre de contacts importants avec les résidus du site actif 38,39 (Fig. 4c). Plus précisément, une orientation plus poussée de la fraction Neu5Ac est facilitée par plusieurs interactions supplémentaires au sein du site actif, y compris la liaison hydrogène de l'oxygène carbonyle du groupe acétamido C-5 à Arg152 et son NH à une molécule d'eau enfouie. Des contacts hydrophobes favorables avec les résidus Trp178 et Ile222 sont également réalisés par le méthyle du groupe acétamido C-5. Des réseaux de liaisons hydrogène supplémentaires sont formés par les groupes hydroxyle C-8 et C-9 de la chaîne latérale du glycérol aux oxygènes carboxylates du résidu Glu276, tandis que le groupe hydroxyle C-4 s'associe à l'oxygène carboxylate de Glu119. Tous les résidus d'acides aminés mentionnés ci-dessus sont entièrement conservés dans les souches naturelles de virus de la grippe connues à ce jour 23,37.

Conception d'inhibiteur basée sur la structure

Bien que plusieurs inhibiteurs de la sialidase du virus de la grippe aient été rapportés dans la littérature avant que les informations structurelles ne soient disponibles, aucun n'avait montré d'efficacité dans un in vivo modèle (pour les critiques, voir Réfs 11,29,40). A partir de ces études, le dérivé insaturé de Neu5Ac 2-désoxy-2,3-didéhydro-NL'acide -acétylneuraminique (Neu5Ac2en composé 2a, Fig. 3), un inhibiteur micromolaire de la sialidase du virus de la grippe, a fourni la matrice de noyau d'inhibiteur la plus puissante.

Les premiers cristaux de sialidase ont été cultivés avec succès à partir de protéines purifiées et par la suite, des cristaux plus appropriés ont été obtenus à des fins de diffraction et ont abouti à la détermination de la structure cristalline aux rayons X de la sialidase 26,27,37 du virus de la grippe. Ces informations structurelles se sont avérées précieuses dans la découverte et le développement du zanamivir et de l'oseltamavir, comme décrit ci-dessous.

La découverte et le développement du zanamivir. La structure cristalline initiale 26,27 de la sialidase du virus de la grippe avait une résolution de ∼ 3,0 Å et avait par conséquent une valeur limitée dans la conception de médicaments basés sur la structure. Par conséquent, la découverte d'inhibiteurs de la sialidase du virus de la grippe s'est initialement concentrée sur les dérivés de type substrat Neu5Ac, en particulier le 2-désoxy-α-D -NDérivés de l'acide -acétylneuraminique (2-désoxy-α-Neu5Ac) (composé 3, figure 3). Sur la base d'une compréhension du mécanisme catalytique de l'enzyme 33,40, on pensait que ces composés pourraient ne pas être rapidement métabolisés et devraient être reconnus par l'enzyme en raison des caractéristiques de substrat/produit du composé 41 .

Le modèle parent non substitué de cette série, le 2-désoxy-α-Neu5Ac (composé 3, figure 3), a été le premier composé produit par le groupe de von Itzstein à être évalué in vivo dans un modèle murin d'infection grippale par des chercheurs de Glaxo dirigés par Charles Penn et Janet Cameron. Ce composé a montré des effets faibles, mais mesurables, chez les animaux infectés par le virus de la grippe. C'était intrigant que le 2-désoxy-α-Neu5Ac, mais pas l'insaturé N-le dérivé trifluoroacétylé de Neu5Ac (composé 2b, Fig. 3 le plus puissant inhibiteur de la sialidase du virus de la grippe jusqu'à la fin des années 1980 42,43,44,45) avait in vivo, quoique faible, activité. L'opinion générale était que le composé 2b peut avoir souffert d'un métabolisme 44 ou d'une clairance rapide, comme l'ont démontré d'autres pour le modèle parent, Neu5Ac2en (composé 2a, figure 3) 45 . Pour mieux comprendre cette observation intéressante, Penn, Cameron et leurs collègues ont réévalué Neu5Ac2en dans leur modèle murin établi dans des conditions identiques à celles utilisées pour le 2-désoxy-α-Neu5Ac, et il a démontré une bonne activité dans les expériences de modèle murin.

Sur la base de ces expériences, le choix du modèle glucidique a été modifié. Parallèlement, un affinement supplémentaire d'un certain nombre de structures cristallines de la sialidase (encadré 1) en complexe avec Neu5Ac et le maintenant confirmé in vivo inhibiteur, Neu5Ac2en, ont été achevés avec succès. Cette amélioration de la résolution structurelle a permis le début d'un effort de conception de médicaments à part entière basé sur la structure et basé sur ces structures cristallines aux rayons X. Des techniques de chimie computationnelle ont été utilisées pour sonder le site actif de la sialidase du virus de la grippe dans une tentative de concevoir des dérivés de Neu5Ac2en structurellement modifiés qui pourraient être des inhibiteurs plus puissants 30,39,46. De plus, ces études structurelles aux rayons X ont identifié des résidus dans le site actif qui sont conservés dans les sialidases à travers tous les virus de la grippe A et B et ont fourni une opportunité passionnante pour le développement de composés qui devraient cibler toutes les souches de virus de la grippe A et B. Des interactions énergétiquement favorables entre divers groupes fonctionnels et les résidus dans la poche de liaison ont été révélées grâce à l'application du logiciel GRID 47 . Plus important encore, l'importance du domaine de liaison au groupe hydroxyle Neu5Ac2en C-4 dans le site actif de la sialidase a été réalisée. Cette réalisation, avec d'autres considérations, a attiré l'attention sur le remplacement du groupe hydroxyle Neu5Ac2en C-4 par un groupe basique tel que, dans le premier cas, un groupe amino. Le dérivé de Neu5Ac2en 4-substitué, 4-amino-4-deoxy-Neu5Ac2en (composé 4, Fig. 3), a été prédit 39,46 pour avoir une plus grande affinité pour l'enzyme que le composé parent Neu5Ac2en en raison de la formation de pont salin avec l'acide aminé conservé Glu119.

Surtout, avec une analyse plus approfondie, il a été constaté que le domaine de liaison au groupe hydroxyle Neu5Ac2en C-4 conservé pouvait accueillir un groupe fonctionnel basique plus grand. Cette analyse, ainsi que l'intuition chimique, ont conduit à la conclusion que l'incorporation d'une fonctionnalité plus grande et plus basique à la place du groupe hydroxyle Neu5Ac2en C-4 était utile. Ainsi, la substitution du groupe hydroxyle en C-4 par une fonctionnalité guanidinyle pour fournir le 4-désoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en (composé 5, figure 3) a été prédite pour améliorer de manière significative l'affinité pour l'enzyme. On pensait que cette amélioration de l'affinité était due aux interactions entre deux acides aminés conservés du domaine de liaison C-4 (Glu119 et Glu227) et la plus grande fraction basique C-4 guanidinyle 30,39,46 4-deoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en engage la majeure partie du volume disponible dans le site actif de la sialidase (Fig. 5).

une | L'inhibiteur zanamivir est montré dans le modèle CPK en complexe avec le virus de la grippe A sialidase. b | Le carboxylate d'oseltamivir engage le site actif de la sialidase via un mécanisme d'ajustement induit. La structure cristalline du complexe sialidase-oseltamivir carboxylate du virus de la grippe a fourni une excellente justification de la raison pour laquelle ce composé peut engager efficacement le site actif de la sialidase 11,31,55. Deux structures superposées sont représentées. En vert, la structure cristalline aux rayons X de la sialidase du virus de la grippe a sélectionné les résidus d'acides aminés du site actif en complexe avec le 2-désoxy 2,3-didéhydro-N-acide acétylneuraminique (Neu5Ac2en composé 2a, Fig. 3) En blanc, la structure cristalline aux rayons X de la sialidase du virus de la grippe avec les mêmes résidus d'acides aminés du site actif sélectionnés en complexe avec le carboxylate d'oseltamivir (composé 8, Fig. 3). Le cycle cyclohexène du carboxylate d'oseltamivir (blanc) est orienté dans le site actif de la sialidase de telle sorte que le carboxylate, l'acétamide et le substituant C-4 interagissent avec le site actif de la sialidase de manière similaire à ceux observés pour Neu5Ac2en (vert) et ses dérivés, comme prévu. Cependant, la complexation du carboxylate d'oseltamivir induit Glu276 à adopter une conformation alternative qui est stabilisée par une interaction charge-charge à Arg224. Cet ajustement induit établit une zone hydrophobe dans laquelle les deux groupes éthyle du carboxylate d'oseltamivir sont alors bien logés. c | Affichage de surface de N-acide acétylneuraminique (couleurs atomiques) et carboxylate d'oseltamivir (atomes de carbone en magenta) des structures de sialidase du virus de la grippe A superposées. Le résidu d'acide aminé clé Glu276 qui subit une réorientation lors de la liaison du carboxylate d'oseltamivir (voir le texte principal) et Arg224 sont indiqués. La mutation His110 (couleurs atomiques) en Tyr110 (cyan) entraîne une résistance à l'oseltamivir, car elle semble empêcher le réarrangement essentiel de Glu276. Ces mutants restent sensibles au zanamivir car cet inhibiteur engage Glu276 de manière identique à celle des substrats reconnus par l'enzyme (Fig. 4).

Les deux molécules cibles - 4-amino-4-deoxy-Neu5Ac2en et 4-deoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en (Fig. 3) - ont été synthétisées en utilisant l'intermédiaire clé C-4 azoture 48 (composé 6, Fig. 3). L'évaluation de ces dérivés C-4 en tant qu'inhibiteurs de la sialidase du virus de la grippe a confirmé que les deux étaient des inhibiteurs compétitifs 30,49. De plus, les deux composés se sont avérés être des inhibiteurs très puissants de la réplication virale pour toutes les souches de virus grippaux A et B évaluées. in vitro 30,49,50 et in vivo 30 . Dans le cas de la sialidase du virus de la grippe A (N2), la 4-amino-4-désoxy-Neu5Ac2en a inhibé l'enzyme d'un facteur 100 fois supérieur à celui du composé parent Neu5Ac2en (4-amino-4-deoxy-Neu5Ac2en : Kje 4 × 10 -8 M Neu5Ac2en : Kje 4 × 10 -6 M) 49 . Comme prévu, le dérivé 4-deoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en s'est avéré plus puissant, avec une affinité améliorée jusqu'à 10 000 fois par rapport à Neu5Ac2en (4-deoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en : Kje 2 × 10 −10 M) 30,49,50 .

La détermination de la structure cristallographique aux rayons X des complexes sialidase-inhibiteur du virus de la grippe pour le 4-amino-4-désoxy-Neu5Ac2en et le 4-désoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en a confirmé, en général, que ces inhibiteurs engageaient le site actif de l'enzyme dans la liaison prédite modes 30 . Plus précisément, le groupe 4-amino du 4-amino-4-désoxy-Neu5Ac2en s'est avéré 30 établir un pont salin avec Glu119, et bien que le 4-désoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en ait affiché la liaison latérale 30,46 prévue entre le terminal les azotes guanidinyle et le carboxylate de Glu227, Glu119 s'est avéré être légèrement plus éloigné 30 que proposé et empilé parallèlement au groupe guanidinyle 38 . Cependant, Glu119 est toujours à une distance suffisamment proche pour une interaction électrostatique avec le groupe guanidinyle 30,38.

Par chance, le 4-désoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en s'est avéré hautement sélectif pour la sialidase du virus de la grippe et présentait une affinité considérablement plus faible pour d'autres sialidases de différentes sources 49 . La sélectivité des inhibiteurs de la sialidase du virus de la grippe est devenue d'un intérêt croissant en raison des effets secondaires potentiels chez les patients en raison, en partie, de l'inhibition possible des sialidases humaines endogènes 51 .

L'inhibiteur le plus puissant, le 4-désoxy-4-guanidino-Neu5Ac2en (composé 5, figure 3), a été sélectionné comme principal médicament candidat par Glaxo sous le nom générique de zanamivir. En raison de sa biodisponibilité orale limitée (en raison de sa nature hautement polaire et de l'excrétion rapide du composé), il a été développé sous forme de formulation inhalée, qui délivre le médicament directement au site primaire de l'infection. Étant donné que le zanamivir était un médicament de première classe, des efforts importants pour établir des mesures appropriées du point final du bénéfice clinique, en coopération avec des organismes de réglementation tels que la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis, étaient nécessaires. Suite à son succès dans les essais cliniques, le zanamivir a été approuvé en 1999 en tant que premier médicament anti-grippal ciblant la sialidase, sous le nom commercial Relenza.

Découverte et développement de l'oseltamivir. La découverte du zanamivir a fourni une plate-forme pour d'autres médicaments antigrippaux ciblant la sialidase. Des travaux importants ont été entrepris dans des études de relation structure-activité avec des dérivés à base de Neu5Ac et des modèles à base de glucides d'acide uronique dérivés de N-acétylglucosamine (composé 7, figure 3) 52 . De plus, des efforts substantiels ont été déployés pour le développement d'inhibiteurs de la sialidase du virus de la grippe basés sur des modèles non glucidiques (pour une revue, voir la référence 11). Par exemple, des inhibiteurs puissants et sélectifs de la sialidase du virus de la grippe et de l'infection par le virus de la grippe in vivo ont été développés sur la base d'une gamme de modèles de noyau comprenant des cyclohexènes tels que le carboxylate d'oseltamivir (composé 8, figure 3 connu à l'origine sous le nom de GS 4071), 31 cyclopentanes tels que le peramivir 53 (composé 9, figure 3) et des pyrrolidines telles que A-315675 (composé 10, fig. 3) 54 . Le plus remarquable a été le développement du dérivé du cyclohexène GS 4071 et de son promédicament, l'oseltamivir, le premier inhibiteur de la sialidase oralement actif à être approuvé pour le traitement de la grippe.

Une chimie organique et médicinale synthétique significative basée sur les modèles de noyaux fonctionnalisés de cyclohexène et d'acide shikimique cyclohexane et d'acide quinique, respectivement, a été entreprise dans la découverte de GS 4071. Sur la base des interactions des dérivés insaturés de Neu5Ac 4 et 5, trois concepts clés ont été utilisé dans la découverte du GS 4071 et de l'oseltamivir. Tout d'abord, sur la base d'études mécanistiques précédentes 33,36,39, le positionnement de la double liaison dans l'inhibiteur pour imiter plus étroitement le cation sialosyle de l'état de transition putatif (encadré 1) a été étudié.

Deuxièmement, le remplacement de la fraction glycérol du 4-amino-4-désoxy-Neu5Ac2en par un groupe lipophile a été exploré sur la base du fait que le squelette hydrophobe de la chaîne latérale du glycérol entre en contact avec la protéine, même si les C-8 et C-9 les groupes hydroxyle font une interaction bidentée avec Glu276. Ce remplacement a été tenté dans l'espoir que l'optimisation du caractère hydrophobe conduirait à de nouveaux inhibiteurs de la sialidase avec une lipophilie améliorée tout en maintenant l'activité d'inhibiteur. Le remplacement en gros de la chaîne latérale du glycérol par une fraction lipophile était contre-intuitif, car il avait été démontré (voir la section précédente) que le domaine de liaison au glycérol engageait les groupes hydroxyle C-8 et C-9 par le biais d'interactions spécifiques (Fig. 4c ).

Une manipulation étendue de la chaîne latérale alkyle, dans une recherche élégante de structure-activité, a conduit au développement de la chaîne latérale optimisée de 3-pentyléther. Une étude cristallographique aux rayons X d'un complexe sialidase-GS 4071 du virus de la grippe a clairement montré que l'architecture du site actif avait été altérée lors de la liaison de GS 4071 (Réfs 31,55). Plus précisément, Glu276 se réoriente vers l'extérieur du domaine de liaison à la chaîne latérale du glycérol pour interagir avec Arg224 et, ce faisant, génère une zone hydrophobe considérable dans ce domaine. Ce réarrangement, qui n'était pas prévisible, a offert de nouvelles opportunités intéressantes pour la découverte de nouveaux médicaments antigrippaux à base d'inhibiteurs de la sialidase. Bien que le GS 4071 se lie de manière identique au zanamivir et à d'autres dérivés de Neu5Ac2en, cette adaptation induite est essentielle pour que l'inhibiteur réussisse à engager le site actif pour fournir la puissante efficacité de l'inhibiteur (Fig. 5c).

Troisièmement, bien qu'on ait espéré que le GS 4071 (qui est plus lipophile que le zanamivir) aurait une biodisponibilité orale suffisante, cela s'est avéré ne pas être le cas, et une stratégie de promédicament a donc été utilisée. L'oseltamivir (composé GS 4104 11, Fig. 3), le promédicament ester éthylique du GS 4071, est facilement converti en la forme active in vivo par l'action des estérases endogènes. Suite à son succès dans les essais cliniques en tant que traitement administré par voie orale pour l'infection par le virus de la grippe, l'oseltamivir (développé par Gilead) a été approuvé à la fin de 1999 et est maintenant commercialisé par Roche sous le nom commercial de Tamiflu.

Expérience avec les inhibiteurs de la sialidase

Lorsque le zanamivir puis l'oseltamivir sont arrivés sur le marché, les questions du développement d'une résistance cliniquement significative et d'éventuels effets secondaires inconnus restaient sans réponse. On espérait que le zanamivir, un médicament dérivé de l'acide sialique naturel Neu5Ac avec une fonctionnalisation supplémentaire minimale, n'entraînerait pas de mutants viables – car des résidus d'acides aminés fonctionnellement importants avaient été ciblés – ou des effets secondaires inconnus. Jusqu'à présent, plus de 8 ans d'expérience clinique avec le zanamivir n'ont pas fourni de preuves suggérant le contraire, bien que cela puisse simplement être le résultat de l'utilisation limitée de ce médicament.

Dans le cas de l'oseltamivir, qui a été beaucoup plus largement utilisé, un mutant viable et résistant du virus de la grippe a émergé 56 . Fait intéressant, cette mutation cible et bloque efficacement le réarrangement essentiel de Glu276 dans le site actif de la sialidase et, par conséquent, le médicament a une affinité considérablement réduite (Fig. 5b). Ce virus résistant à l'oseltamivir reste sensible au zanamivir 56 . Ces expériences peuvent fournir des preuves que le maintien d'une forte ressemblance avec le substrat naturel, Neu5Ac, pourrait réduire la perspective du développement de mutants viables résistants aux médicaments. En effet, lorsque la liaison au médicament dépend de la réorientation des acides aminés du site actif ou des interactions avec des acides aminés du site actif non essentiels, la possibilité d'échappement de mutants peut augmenter. En ce qui concerne les effets indésirables des inhibiteurs de la sialidase en général, les seuls effets indésirables significatifs qui ont été rapportés au cours des 2 dernières années ont été des spéculations sur les effets neuropsychiatriques indésirables de l'oseltamivir dans certains groupes d'âge 57 .

À la lumière de la menace pandémique actuelle et de l'émergence d'une résistance à l'oseltamivir, le développement de médicaments antigrippaux de prochaine génération doit être une priorité élevée. À cette fin, la FDA américaine a mis en place un programme accéléré pour le développement de ces médicaments. Jusqu'à présent, la FDA a fourni une désignation accélérée pour le peramivir candidat injectable Biocryst (composé 9, Fig. 3). Biota et Sankyo ont également annoncé leur intention de développer un nouvel inhibiteur de la sialidase du virus de la grippe qui est un zanamivir divalent (composé 12, Fig. 3), qui est actuellement en essais cliniques.

Ces deux développements sont importants car ils pourraient donner lieu à des alternatives aux médicaments actuellement disponibles qui pourraient être nécessaires en cas de pandémie ou en cas d'apparition d'une résistance médicamenteuse importante. Un médicament injectable tel que le peramivir pourrait être d'une grande valeur pour les patients qui ne peuvent pas facilement prendre des comprimés ou qui ont une capacité pulmonaire limitée. En outre, un inhibiteur de la sialidase à longue durée d'action, tel que le zanamivir divalent, qui pourrait réduire le nombre de traitements nécessaires à une fois par semaine seulement par rapport à l'exigence actuelle de deux fois par jour est attrayant.

Une autre considération importante pour le développement d'inhibiteurs de la sialidase de nouvelle génération est le coût de production du médicament. Les expériences tirées du développement du zanamivir et de l'oseltamivir relativement coûteux fournissent des informations précieuses sur la conception d'inhibiteurs puissants de la prochaine génération de la sialidase du virus de la grippe à partir de matériaux de départ relativement peu coûteux, tels que N-acétylglucosamine 52 .

Récemment, Russell et ses collègues ont décrit que les sialidases du virus de la grippe peuvent être regroupées en deux familles distinctes : à savoir les sialidases du virus de la grippe du groupe 1 et du groupe 2 58 . Il a été suggéré que les sialidases du groupe 1 telles que N1 de la désormais tristement célèbre souche aviaire H5N1 subissent un réarrangement significatif autour de la soi-disant boucle 150 lors de la liaison de substrats et d'inhibiteurs. Dans apo structures des sialidases du virus de la grippe du groupe 1, la boucle 150 est dans une orientation plus ouverte qui présente une cavité de site actif plus grande. Ces enzymes complexées avec l'inhibiteur carboxylate d'oseltamivir révèlent que cette boucle 150 finit par se fermer pour coordonner étroitement l'inhibiteur 58 . Le fait qu'il existe une architecture enzymatique plus ouverte dans le apo et les structures initialement complexes avec des inhibiteurs offrent de nouvelles et passionnantes opportunités d'exploitation dans la découverte de médicaments anti-grippaux ciblés par la sialidase.

Une question importante en suspens est de savoir qui financera le développement de ces composés. Il est peu probable que les sociétés pharmaceutiques se précipitent pour mettre sur le marché un autre médicament antigrippal, d'autant plus qu'il existe déjà deux bons médicaments disponibles. Il se peut que les gouvernements nationaux ou les organisations à but non lucratif devront soutenir un tel développement, en particulier si les pays souhaitent stocker une variété de médicaments antigrippaux.

Des cibles alternatives de découverte de médicaments 59,60,61 , telles que l'ARN polymérase 59 , la protéine hémagglutinine 60 ou la protéine du canal ionique M2 61 , qui sont essentielles dans le cycle de vie du virus sont également à l'étude et peuvent, dans une thérapie combinée approche 61 avec les inhibiteurs de la sialidase ou à eux seuls, fournissent de nouvelles classes de médicaments anti-grippaux. La thérapie combinée pourrait également réduire le potentiel de développement de résistance 61 . Bien sûr, bien que les médicaments antigrippaux fassent gagner du temps et sauvent des vies, le « Saint Graal » serait le développement d'un vaccin universel qui protégerait contre toutes les souches de virus de la grippe passées, présentes et futures.Beaucoup d'efforts sont en cours dans le développement de vaccins améliorés, mais il reste encore un long chemin à parcourir 62,63 . Il ne fait aucun doute que nous devons poursuivre les efforts de découverte de médicaments pour gagner la guerre contre ce virus mortel, ou risquer une autre pandémie potentielle qui pourrait entraîner une mortalité similaire à celle vécue entre 1918 et 1919.

Encadré 1 | Mécanisme enyzmatique de la sialidase du virus de la grippe

Il a été proposé à l'origine que le -sialoside 2 C dominant en solution5 le conformère se lie à la sialidase du virus de la grippe et est déformé par l'environnement du site actif de cette conformation de chaise en un conformère -bateau (figure). Études cristallographiques aux rayons X 64,65 de la sialidase–Neu5Ac (N-acide acétylneuraminique) ont confirmé à la fois la distorsion du substrat lors de la liaison et la formation d'un pont salin entre le groupe carboxyle chargé négativement du substrat et le cluster triarginyle hautement conservé.

Le départ du résidu aglycone semble être facilité par la contrainte conformationnelle résultante par la formation d'un intermédiaire d'ion oxocarbocation, un cation sialosyle, qui a été identifié par des mesures d'effet isotopique cinétique et des études de modélisation moléculaire 33,39. On pense que l'environnement chargé négativement dans cette région du site catalytique de la sialidase stabilise l'intermédiaire chargé 33 . Une molécule d'eau réagit ensuite de manière stéréosélective avec l'intermédiaire de cation sialosyle pour fournir α-Neu5Ac (composé 1a) comme premier produit de libération qui subit ensuite une mutation en l'anomère β thermodynamiquement plus favorable (composé 1b) 33,39.

Alternativement, il a été proposé 11,66 que toutes les sialidases, quelle que soit leur origine, peuvent piéger le cation pour former un intermédiaire covalent glycosyl-enzyme, une caractéristique commune de la rétention des glycohydrolases 66, qui est hydrolysée de manière stéréospécifique pour donner le composé 1a.


Résultats

Efficacité du traitement antiviral

Étant donné que le facteur de conversion du virus de TCID50/mL aux particules virales infectieuses (??) pourrait affecter la dynamique de la résistance aux médicaments, nous évaluons d'abord l'impact de ?? en étudiant le nombre d'infections percées. Nous avons simulé 1000 infections traitées par un adamantane ou un NAI démarrées à t = 0, et inoculé avec NV(0) = V(0) virions. Nous avons déterminé la fraction de patients qui ont développé une infection symptomatique malgré un traitement antiviral préventif. Nous avons défini une infection symptomatique comme une infection dans laquelle le titre viral dépasse le seuil symptomatique de 1% du pic du titre viral non traité, tel que défini dans [65]. De plus, nous avons supposé que les virions de type sauvage et résistants aux médicaments sont identiques (même fitness), ne différant que par leur sensibilité à l'antiviral (mje ou mje). Des études suggèrent que les souches résistantes aux médicaments en circulation ont tendance à avoir une valeur adaptative équivalente à la souche de type sauvage [21, 66, 67]. L'effet de la forme physique sera examiné dans des sections ultérieures. La figure 3 montre le nombre d'infections percées dans nos 1000 infections traitées simulées en fonction du facteur de conversion, ??, pour augmenter l'efficacité antivirale.

Fractions d'infections simulées (sur 1 000) entraînant des infections symptomatiques de rupture malgré le traitement initié au début de l'infection avec des adamantanes (rangée du haut) ou des INA (rangée du bas), en supposant le modèle de mutation complet (colonne de gauche) ou interne (colonne de droite) comme fonction du facteur de conversion, ??. Les virus mutants et de type sauvage sont supposés avoir la même valeur adaptative.

Lorsque des infections percées se produisaient, la charge virale se composait presque exclusivement de virus mutants résistants aux médicaments, les titres viraux de type sauvage restant généralement inférieurs au seuil symptomatique. Lorsque ?? est petit, c'est-à-dire lorsqu'il y a peu de virions par TCID mesuré50/mL de lavage nasal, le nombre d'infections percées est faible. C'est parce que le taux de production de virions, p, est petit et offre moins de possibilités de développement de résistance. Comme ?? est augmenté, le nombre d'infections percées augmente jusqu'à ce qu'il atteigne une valeur maximale. Le taux de production n'est plus ici un facteur limitant et la valeur asymptotique reflète le bilan d'un taux d'infection décroissant et d'un inoculum viral croissant.

Le modèle de mutation interne prédit moins d'infections percées pour une efficacité médicamenteuse donnée que le modèle de mutation complète. En effet, une mutation interne ne sera portée que par la protéine centrale, et non par la protéine de surface, ce qui donnera à l'antiviral une seconde chance d'empêcher sa propagation à travers la protéine de surface sensible au médicament. Les modèles de mutation interne et complet prédisent que les adamantanes sont meilleurs que les NAI pour supprimer les infections de pointe dues à l'émergence de résistance. En effet, les adamantanes agissent avant la réplication virale, contrairement aux NAI qui agissent après, laissant peu de chances à une mutation de se produire. Il est intéressant de noter que la fraction d'infections révolutionnaires sous traitement à l'adamantane compte tenu d'une mutation tardive est approximativement équivalente à celle sous traitement par NAI pour une mutation précoce.

Pour évaluer l'effet de la fitness de la souche résistante aux médicaments par rapport à son homologue de type sauvage, nous avons fait varier la fitness relative tout en fixant ?? = 10 4 virions/[TCID50/mL], la valeur à laquelle la fraction d'infections percées a atteint sa valeur asymptotique et cohérente avec une estimation de ce facteur de conversion utilisée dans [38]. Les résultats sont illustrés à la figure 4. La caractéristique la plus importante de ces graphiques est peut-être le seuil de fitness clair nécessaire pour produire des infections de pointe. Ce seuil est déterminé par le nombre reproducteur de base du modèle, qui est le nombre d'infections secondaires produites par une seule cellule infectée (voir Méthodes). Essentiellement, le nombre reproducteur de base doit être supérieur à un pour que l'infection se développe et lorsque l'aptitude du mutant résistant aux médicaments est faible, ce seuil n'est pas atteint. Lorsque le seuil est dépassé, le nombre d'infections percées augmente, parfois de façon assez spectaculaire. Nous constatons à nouveau que pour une efficacité médicamenteuse donnée, l'hypothèse IM produit moins d'infections percées que l'hypothèse CM pour les adamantanes et les INA. Sous une hypothèse de mutation particulière et pour une aptitude donnée et une efficacité médicamenteuse donnée, les adamantanes sont plus efficaces pour supprimer les infections que les NAI, mais l'adamantane CM est équivalent au NAI IM.

Nombre de percées d'infections au cours du traitement par les adamantanes (rangée du haut) et les INA (rangée du bas) sous les hypothèses de mutation complète (colonne de gauche) et de mutation interne (colonne de droite) en fonction de l'aptitude relative du mutant pharmacorésistant. Le facteur de conversion est fixé à ?? = 10 4 virions/[TCID50/mL].

Résistance aux médicaments en l'absence de traitement

On sait que la résistance aux médicaments apparaît même en l'absence de traitement [68]. En effet, une mutation qui confère une résistance à un antiviral émerge presque toujours au cours d'une infection à la suite de mutations aléatoires [43], mais cette mutation ne se développera à des niveaux suffisants pour être détectable dans l'excrétion virale d'un patient que si sa présence n'affecte pas de manière significative l'aptitude du virus. Ainsi, nous avons entrepris de déterminer quelles conditions permettront à une souche résistante aux médicaments d'émerger même en l'absence de pression médicamenteuse.

La figure 5 montre les trois mesures de résistance aux médicaments décrites dans Méthodes en fonction de l'aptitude relative du mutant en l'absence de traitement médicamenteux. Pour la fraction de mutants dans le titre viral cumulé (à gauche) et le nombre total de mutants (au centre), nous avons également étudié l'effet de l'initiation de l'infection avec différents mélanges viraux initiaux constitués de virus entièrement de type sauvage, entièrement mutant ou d'un mélange contenant 50% de chacun.

Fraction (à gauche), nombre total (au centre) et heure de détection (à droite) des mutants résistants aux médicaments produits lors d'une infection grippale en l'absence de traitement médicamenteux. Les mutants Adamantane CM sont en rouge, les mutants adamantane IM sont en marron, les mutants NAI CM en bleu et les mutants NAI IM sont en vert. Nous montrons la moyenne de 1000 simulations avec des barres d'erreur indiquant l'écart type (les barres d'erreur sont trop petites pour être visibles dans les deux graphiques de gauche).

En l'absence de traitement médicamenteux, la fraction de mutants résistants aux médicaments (figure 5, à gauche) est négligeable lorsque leur aptitude relative est faible (<0.2) - même si l'inoculum viral initial est entièrement constitué de mutants résistants aux médicaments. Lorsque l'inoculum viral est entièrement constitué de virus de type sauvage, la fraction de mutants résistants aux médicaments reste négligeable à moins que les mutants résistants aux médicaments aient une valeur adaptative relative élevée. Lorsque l'inoculum viral initial se compose à la fois d'un virus de type sauvage et d'un virus mutant, l'infection passe d'un virus à prédominance sauvage à un mutant à prédominance pharmacorésistante proche d'une aptitude relative de 1. Il existe cependant des différences dynamiques causées par les hypothèses de mutation. et le mécanisme d'action des médicaments. Lorsque l'inoculum viral initial est constitué à 100 % de virus mutants, les mutants IM résistants à l'adamantane deviennent dominants avec une fitness légèrement plus faible que les autres modèles et les mutants résistants au CM NAI deviennent dominants avec une fitness légèrement plus élevée. L'ordre est inversé lorsque l'inoculum viral initial est un virus de type sauvage à 100 %. Dans le cas d'un inoculum 100% mutant, les modèles IM, dont nous avons vu réduire les taux effectifs de mutations, abaissent également le taux de mutations inverses de mutant à sauvage de sorte que lorsqu'il existe déjà un grand nombre de virus mutants , les modèles IM empêchent la croissance du virus de type sauvage. Pour une hypothèse de mutation particulière, les adamantanes nécessitent une moins bonne aptitude à dominer l'infection que les NAI lorsque l'inoculum initial consiste en un virus mutant. C'est parce que le coût d'adaptation pour la résistance à l'adamantane est supposé affecter le taux d'infection ?? ce qui réduit les chances d'infecter une cellule, alors que le coût de remise en forme des NAI est supposé affecter le taux d'infection p ce qui signifie que les quelques virions qui s'échappent de la cellule peuvent facilement infecter de nouvelles cellules et poursuivre l'infection.

Même en l'absence de traitement médicamenteux, nous voyons toujours le nombre total de mutants résistants aux médicaments produits au cours de l'infection (figure 5, au centre) atteindre des niveaux très élevés à une condition physique relative inférieure à 1. Le nombre total de mutants montre également une dynamique intéressante. différences entre les deux traitements médicamenteux et hypothèses de mutation. Cela peut être vu en particulier aux extrêmes de l'inoculum viral (inoculum initial composé entièrement de mutants ou entièrement de type sauvage), où les mutants résistants à l'adamantane représentent une fraction légèrement plus importante du titre viral total que les mutants résistants au NAI à faible fitness relatif (<0.5), et une fraction légèrement plus petite du titre viral total à fitness relatif élevé (>1.5). Cette différence est due à la faible (ou grande) valeur de p?? de mutants résistants au NAI. À faible valeur adaptative relative, la production de mutants résistants au NAI est supprimée et les mutants résistants au NAI ne sont donc pas détectés. Au fur et à mesure que la condition physique relative augmente, p?? augmente sans être lié, tout comme le nombre de mutants résistants au NAI produits et libérés au cours de l'infection, de sorte que les mutants deviennent une grande fraction de la population à une valeur adaptative relative inférieure à celle des adamantanes. Nous voyons aussi enfin une différence dans la dynamique des modèles adamantane CM et NAI IM. Le NAI IM se comporte comme le modèle adamantane CM à faible fitness relatif où la mutation interne entraîne un coût de fitness supplémentaire. À haute condition physique, cependant, les quelques virions avec un ARN et des protéines de surface non appariés sont de loin plus nombreux que les virions emballés de manière conventionnelle, de sorte que leur effet sur la dynamique de l'infection est minime et nous voyons peu de différence entre les modèles IM et CM pour les adamantanes et les NAI.

Le temps de détection (figure 5, à droite) des mutants résistants aux médicaments est compris entre 1,7 et 2,3 jours après l'infection (dpi) pour une fitness relative faible et entre 1,3 et 1,5 dpi pour une fitness relative élevée. Sans surprise, il y a une diminution constante du temps de détection à mesure que l'aptitude des mutants augmente, car les mutants peuvent se propager plus facilement à mesure que leur aptitude augmente et ils sont donc détectés plus tôt dans l'infection. Il est intéressant de noter qu'il existe des différences dans le temps de détection des mutants résistants au NAI et résistants à l'adamantane. Lorsque la fitness relative est inférieure à 1, les mutants NAI CM sont les plus lents à émerger en raison du taux de production considérablement réduit de ces mutants. Les mutants NAI IM n'auront pas de production supprimée lorsqu'ils sont initialement produits car ils sont emballés avec les protéines de surface de type sauvage et émergent donc un peu plus tôt. Les mutants adamantane IM sont les plus rapides à émerger car, lorsqu'ils sont initialement produits, ils possèdent les protéines de surface de type sauvage et peuvent donc facilement infecter les cellules qui produiront ensuite des mutants résistants aux médicaments. La situation s'inverse une fois que l'aptitude relative est supérieure à 1. Les mutants NAI CM ont maintenant une production accrue, ce qui les fait émerger rapidement et les mutants adamantane AP ont un taux d'infection réduit, ce qui les fait émerger plus tard.

Résistance aux médicaments en présence d'un traitement

En présence d'un traitement médicamenteux, les mutants résistants aux médicaments ont un avantage concurrentiel et devraient émerger plus tôt et avec une valeur adaptative relative plus faible qu'en l'absence de traitement médicamenteux. Nous examinons nos trois mesures de résistance aux médicaments pendant le traitement initié à t = 0 afin de comprendre la nature de cet avantage concurrentiel. Les résultats sont présentés sur la figure 6, qui montre la fraction de mutants dans le titre viral (colonne de gauche), le nombre total de mutants (colonne centrale) et le temps de détection (colonne de droite) pour les infections traitées à 60 % (ligne du haut) , 70 % (deuxième rangée), 80 % (troisième rangée) et 90 % (rangée du bas) d'efficacité.

Fraction (colonne de gauche), nombre total (colonne du centre) et heure de détection (colonne de droite) des mutants résistants aux médicaments produits lors d'une infection grippale ayant reçu un traitement médicamenteux à 60 % (rangée du haut), 70 % (deuxième rangée), 80 % ( troisième rangée) et 90 % (rangée du bas) d'efficacité. Les mutants Adamantane CM sont en rouge, les mutants adamantane IM sont en marron, les mutants NAI CM en bleu et les mutants NAI IM sont en vert. Nous montrons la moyenne de 1000 simulations avec des barres d'erreur indiquant l'écart type.

En présence d'un traitement médicamenteux, la valeur adaptative relative à laquelle les mutants résistants aux médicaments commencent à dominer l'infection passe à une valeur adaptative relative plus faible. Sans surprise, les mutants résistants aux médicaments atteignent des niveaux élevés avec une faible valeur adaptative en présence d'un traitement médicamenteux. On observe encore des différences dynamiques entre les deux traitements médicamenteux et les deux modèles de mutation, en particulier pour les infections initiées avec un inoculum constitué entièrement de virus de type sauvage. Ces différences, cependant, diminuent à mesure que l'efficacité du médicament augmente. Il semble que l'avantage concurrentiel conféré par un traitement médicamenteux à haute efficacité l'emporte sur tout petit avantage concurrentiel supplémentaire induit par le mécanisme médicamenteux ou les protéines de surface virale.

Peut-être plus important que le nombre de mutants produits est le moment auquel les mutants deviendront détectables au cours de l'infection. Au fur et à mesure que l'efficacité du médicament augmente, le temps de détection des mutants augmente également. Bien que cela semble quelque peu contradictoire face à l'avantage compétitif des mutants résistants aux médicaments, nous devons nous rappeler que nous considérons des infections initiées entièrement avec un virus de type sauvage. À mesure que l'efficacité du médicament augmente, le taux de croissance de l'infection de type sauvage ralentit et il faut plus de temps pour produire ce premier mutant résistant au médicament. Une fois que ce premier mutant apparaît, il a l'avantage concurrentiel et se développera rapidement, mais c'est la longue attente de ce premier virus mutant qui augmente le temps moyen de détection. Malheureusement, cela met en évidence un problème potentiel avec notre modèle. Les infections à croissance lente qui s'infectent pendant 5 à 10 jours avant de produire des niveaux détectables de virus mutant sont peu susceptibles de se produire chez la plupart des humains. La réponse immunitaire humaine éliminera probablement une infection à croissance lente avant qu'elle n'ait la possibilité de produire un mutant résistant aux médicaments.

Traitement retardé

Un autre inconvénient de la section précédente est l'hypothèse d'un traitement initié dès le début de l'infection. Alors que les adamantanes et les INA sont parfois utilisés à titre prophylactique pour empêcher la propagation des épidémies de grippe, ils sont plus souvent administrés aux patients qui sont non seulement déjà infectés, mais qui présentent très probablement des symptômes [69]. Le retard du traitement permet au virus de type sauvage de se développer sans entrave pendant un certain temps, ce qui donne la possibilité à un mutant résistant aux médicaments d'apparaître de manière stochastique en l'absence de pression antivirale. Initialement, ce mutant résistant aux médicaments n'aura pas d'avantage concurrentiel, mais une fois que la thérapie antivirale commencera, quels que soient les mutants résistants aux médicaments produits, ils auront soudainement un avantage concurrentiel et commenceront à se développer. Afin de déterminer quel effet un traitement retardé pourrait avoir sur l'émergence de mutants résistants aux médicaments, nous avons simulé des infections avec un traitement à 98% d'efficacité initié à 0, 12 et 48 h post-infection. Les résultats sont présentés sur la figure 7.

Virus sauvage et mutant pour un traitement initié à t = 0 (colonne de gauche), à ​​12 h (colonne du centre) et à 48 h colonne de droite. La rangée supérieure montre la dynamique pour le modèle adamantane CM la deuxième rangée montre le modèle adamantane IM la troisième rangée montre le modèle NAI CM et la quatrième rangée montre le modèle NAI IM. Dans chaque parcelle, nous présentons 10 simulations. L'efficacité du traitement est supposée être de 98% et les deux souches sont supposées avoir la même aptitude. La ligne pointillée désigne le seuil de détection.

Une efficacité de 98 % est suffisante pour supprimer toutes les infections percées dans trois des quatre modèles lorsqu'elle est appliquée au début de l'infection. Même avec un délai de 12 h, le modèle IM d'adamantane prédit la suppression de l'infection, tandis que les autres modèles prédisent qu'il y aura des infections de percée. Le seul modèle pour lequel il n'y a pas de risque pour le traitement est le modèle adamantane IM, puisque même un traitement retardé de 48 h n'entraîne pas une augmentation du virus mutant à des niveaux détectables. Pour les autres modèles, le traitement, bien que potentiellement bénéfique pour le patient, présente le risque de favoriser une infection résistante aux médicaments. Ceci est particulièrement évident pour les modèles adamantane CM et NAI IM qui prédisent que le traitement initié à t = 0 supprimera les infections, mais lorsque le traitement est retardé d'aussi peu que 12 h, ce qui est encore avant l'apparition des symptômes, de nombreux patients développeront des infections résistantes aux médicaments. Un autre risque potentiel est vu dans les prédictions faites par les deux modèles NAI, qui montrent des infections résistantes aux médicaments de longue durée lorsque le traitement est initié à 48 h.

Effet d'une réponse immunitaire

Pour évaluer l'effet d'une réponse immunitaire, nous examinons d'abord le nombre d'infections percées (Fig 8). Lorsque nous utilisons les mêmes efficacités médicamenteuses que pour le modèle sans réponse immunitaire, nous constatons que pour tous les modèles à l'exception du NAI CP, le nombre d'infections percées tombe à moins de 10 %.Même pour NAI CP, le nombre d'infections révolutionnaires est réduit en présence d'une réponse immunitaire, bien qu'il reste encore assez élevé - environ 50% des patients traités deviendront symptomatiquement infectés lorsque la fitness du mutant est égale à la fitness du type sauvage. Nous voyons à nouveau qu'il y a une condition physique minimale nécessaire pour produire des infections à percée. Étant donné que la réponse immunitaire a modifié le nombre reproducteur de base de notre modèle, le seuil de fitness minimal pour que les infections par percée se produisent est légèrement plus élevé qu'en l'absence de réponse immunitaire (∼15% avec la réponse immunitaire contre ∼10% sans).

Nombre de percées d'infections en présence d'une réponse immunitaire pendant le traitement commencé à t = 0 avec les adamantanes (rangée du haut) et les INA (rangée du bas) sous les hypothèses de mutation complète (colonne de gauche) et de mutation interne (colonne de droite) en fonction de l'aptitude relative du mutant résistant aux médicaments. Le facteur de conversion, ?? est fixé à 10 4 .

L'ajout d'une réponse immunitaire modifie également la dynamique de l'infection à la fois en présence et en l'absence de traitement médicamenteux. La figure 9 montre la fraction de mutants, le nombre total de mutants et le temps de détection des infections en l'absence de traitement (rangée du haut) et en présence de traitement à 60 % (rangée du centre) et 70 % (rangée du bas) de médicament efficacité. En l'absence de traitement médicamenteux, la fraction de mutants, le nombre total de mutants et le temps de détection en présence d'une réponse immunitaire semblent assez similaires à ceux trouvés sans réponse immunitaire (Fig 5). Une inspection minutieuse montre cependant que les mutants ont besoin d'une aptitude légèrement plus élevée pour dominer l'infection et prendront un peu plus de temps pour atteindre les niveaux de détection lorsqu'une réponse immunitaire est présente. Lorsqu'il y a une réponse immunitaire, les mutants doivent non seulement rivaliser avec succès pour les ressources avec le virus de type sauvage, mais ils doivent également échapper à la réponse immunitaire, ce qui rend leur multiplication encore plus difficile. En présence d'un traitement médicamenteux, l'effet de la réponse immunitaire est plus évident. Avec une efficacité médicamenteuse de 60 %, les mutants doivent avoir une aptitude relative d'au moins 0,2 afin de produire une infection avec une efficacité médicamenteuse de 70 %, les mutants doivent avoir une aptitude relative d'au moins 0,5 afin de produire une infection. Ce seuil minimum n'a pas été observé en l'absence de réponse immunitaire car le virus mutant pouvait persister et se développer lentement sur de longues périodes de temps, de sorte que même un virus mutant avec une très faible valeur adaptative pouvait éventuellement se multiplier en nombre élevé. La réponse immunitaire met fin à ces infections à croissance lente, de sorte que si un virus mutant n'est pas suffisamment apte à se multiplier avant que la réponse immunitaire ne se déclenche, il n'y aura pas d'infection. Depuis que ces infections à croissance lente ont été éliminées, le temps de détection est considérablement réduit en présence d'un traitement médicamenteux, le temps moyen de détection restant inférieur à 4 dpi.

Fraction (colonne de gauche), nombre total (colonne centrale) et heure de détection (colonne de droite) de mutants résistants aux médicaments produits lors d'une infection grippale en présence d'une réponse immunitaire sans traitement médicamenteux (rangée du haut) et traitement médicamenteux à 60 % (deuxième rangée) ou 70 % (rangée du bas). Les mutants Adamantane CM sont en rouge, les mutants adamantane IM sont en marron, les mutants NAI CM en bleu et les mutants NAI IM sont en vert. Nous montrons la moyenne de 1000 simulations avec des barres d'erreur indiquant l'écart type.


6. Dispositifs de laboratoire sur puce/micropuce

Une technologie plus polyvalente et plus puissante, le laboratoire sur puce/micropuce (LoC), offre une nouvelle voie pour développer une nouvelle génération de tests POC pour la grippe. La technologie LoC provient de la technologie des systèmes microélectromécaniques (MEMS), en mettant l'accent sur les applications chimiques et biologiques. Il présente de nombreux avantages fascinants, tels qu'une efficacité de réaction élevée, une faible consommation de réactifs/d'énergie, une faible génération de déchets et un faible encombrement. La technologie LoC a été utilisée pour développer des tests ciblant plusieurs agents pathogènes. En ce qui concerne les tests de grippe, le groupe Soh&# x02019s a signalé une puce microfluidique jetable pour l'analyse génétique échantillon-réponse du virus H1N1 [36]. Bhattacharyya et Klapperich ont fabriqué un dispositif d'extraction en phase solide microfluidique en plastique pour isoler l'ARN viral de cellules de mammifères infectées par le virus de la grippe A (H1N1) [37]. Dans un rapport récent, le groupe Klapperich a décrit une micropuce jetable intégrée à des modalités d'extraction en phase solide et de RT-PCR capable d'extraire et d'amplifier l'ARN de la grippe A directement à partir d'échantillons cliniques en moins de trois heures [38]. Une puce RT-PCR microfluidique à flux continu et des puces imprimées électriques jetables (DEP) ont été utilisées pour une amplification et une détection rapides d'un virus grippal d'origine porcine. En utilisant la méthode de la puce RT-PCR, le test a pu être complété en 15 min et les signaux ont été détectés avec la puce DEP [39]. Un instrument miniaturisé de RT-PCR en temps réel tout-en-un a été développé, permettant la préparation et le diagnostic automatisés des échantillons en 2,5 h. Le typage et le sous-typage de la grippe saisonnière A H1N1 ont été démontrés à l'aide de ce système [40]. Un autre système de micropuce NAT portable et convivial a été signalé pour le diagnostic POC de la grippe, avec une sensibilité proche de celle d'un instrument de paillasse RT-PCR. Un dosage immunologique électrophorétique sur micropuce couplé à un détecteur à fluorescence induite par laser a été développé pour détecter le virus de la grippe porcine [41]. Ce système permet une concentration rapide et simultanée des particules virales et une séparation supplémentaire des complexes virus-anticorps de l'anticorps non lié [42]. Ces tests de la grippe peuvent être mis en œuvre à l'aide de la technologie LoC et les tests de la grippe sur micropuce présentent des résultats impressionnants. Cependant, davantage d'efforts dans l'amélioration du système et la validation des tests sont nécessaires pour adapter les nouveaux tests LoC aux paramètres POC réels.


Infections grippales et conception de médicaments - Biologie

Au cours des 100 dernières années, il y a eu trois grandes pandémies de grippe : la grippe espagnole en 1918, la grippe asiatique en 1957 et la grippe de Hong Kong en 1968. Celles-ci ont coûté la vie à environ 50 millions, 2 millions et 1 million de personnes respectivement. À cela s'ajoute le nombre annuel de morts de 250 000 à 500 000 personnes dans le monde, et 3 à 4 millions de personnes supplémentaires souffrent de maladies graves. Ces statistiques font de la grippe un agent pathogène extrêmement important. En 1997, l'émergence alarmante d'un nouveau sous-type hautement pathogène, le H5N1, dont le taux de mortalité est de 50 %, a donné une impulsion majeure à la reprise de la recherche sur la grippe. Cependant, la bataille contre la grippe s'annonce difficile. Récemment, un autre sous-type, le H1N1, est apparu. Ce sous-type provoque une infection relativement bénigne chez l'homme, mais est hautement transmissible entre les personnes et une nouvelle pandémie de grippe a été déclarée par l'Organisation mondiale de la santé. Si ce virus devait acquérir certaines des capacités mortelles du H5N1, alors la pandémie qui s'ensuivrait pourrait être dévastatrice.

Dans ce livre d'actualité, des scientifiques de renommée internationale passent en revue de manière critique les recherches en cours et les découvertes les plus importantes dans ce domaine d'actualité. Les sujets couverts comprennent la protéine NS1 du virus de la grippe A, la structure de la grippe NS1, l'hémagglutinine de la grippe B, la nucléoprotéine de la grippe A, les glycoprotéines de l'hémagglutinine de la grippe A, le canal M2, les gènes de virulence de la grippe pandémique de 1918, la polymérase du virus de la grippe, les puces à ADN de diagnostic génétique, et conception de vaccins assistée par ordinateur.

Très instructif et bien référencé, ce livre est une lecture indispensable pour tous les spécialistes de la grippe et est une lecture recommandée pour tous les virologues, immunologistes, biologistes moléculaires, scientifiques de la santé publique et scientifiques de recherche dans les entreprises pharmaceutiques.

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Infections grippales et conception de médicaments - Biologie

À trois reprises au cours du siècle dernier, les virus de la grippe ont subi des changements génétiques majeurs entraînant des pandémies mondiales qui ont eu des effets dévastateurs. La pandémie la plus tristement célèbre a été la grippe espagnole qui a touché jusqu'à 25 % de la population mondiale et aurait tué au moins 40 millions de personnes en 1918-1919. Plus récemment, deux autres pandémies de grippe, la grippe asiatique en 1957 et la grippe de Hong Kong en 1968, ont tué des millions de personnes dans le monde. Ceux-ci ont causé une maladie grave, non seulement chez les jeunes et les personnes âgées, qui sont généralement très sensibles à la grippe, mais aussi chez les jeunes en bonne santé. En 1997 et 2003, un nouveau virus de la grippe A du sous-type H5N1 est apparu en Asie et a été transmis directement des oiseaux aux humains avec des conséquences mortelles. Malgré des efforts monumentaux pour les contenir, les virus H5N1 ont étendu leur territoire et provoqué une épidémie majeure chez les oiseaux aquatiques sauvages en Chine en 2005. En effet, ils ont même été transmis en Sibérie et au Kazakhstan.

Malgré les efforts considérables et coordonnés de diverses agences et disciplines, tant nationales qu'internationales, nous sommes mal équipés pour une nouvelle pandémie de grippe. En fait, il est hautement improbable que des stocks suffisants de vaccins contre les virus H5N1 soient préparés avant l'apparition de la prochaine pandémie. De nombreux pays stockent des médicaments contre la grippe, dans l'espoir que l'émergence inévitable de virus résistants aux médicaments n'annulera pas ces efforts immédiatement. Pour lutter contre les épidémies qui se produiront sans aucun doute dans un avenir proche, une meilleure compréhension du virus de la grippe lui-même, de l'interaction virus-hôte et des mécanismes de résistance aux médicaments est nécessaire de toute urgence.

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École d'été 2017 sur la modélisation de l'immunologie

L'école d'été sera enseignée par les personnes suivantes :


Trevor Bedford
Membre adjoint, Centre Fred Hutch
Division des vaccins et des maladies infectieuses
Andreas Haendel
Professeur agrégé, Département d'épidémiologie et de biostatistique
École de santé publique de l'Université de Géorgie
Frederick “Erick” Matsen
Membre associé, Centre Fred Hutch
Programme de biologie computationnelle
Paul Thomas
Membre associé, Faculté St. Jude
Service d'immunologie


Voir la vidéo: Grippe et maladies hivernales, comment les éviter? (Janvier 2022).