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Le BCG : histoire moléculaire et nouvelles perspectives
Symposium A 35 : BCG et vaccination antituberculeuse
Le BCG : histoire moléculaire et nouvelles perspectives
Orateur : R. Brosch Résumé rédigé par : M. André
L
e thème de cet exposé est l’étude du BCG en tant que bactérie. À partir d’un ancêtre commun, Mycobacterium (M.) prototuberculosis, plusieurs lignées ont donné naissance à partir de délétions génomiques à plusieurs mycobactéries dites modernes ou ancestrales et à Mycobacterium tuberculosis. Une autre lignée, où certaines régions de différenciation (RD) ont été perdues, mène au BCG à partir de Mycobacterium bovis. Récemment, des mycobactéries rares pathogènes ont été identifiées en Afrique de l’Est (Djibouti) et se rattachent directement au probable ancêtre commun M. prototuberculosis. Le complexe tuberculosis est clonal sans recombinaison ultérieure [1] (fig. 1).
M. prototuberculosis
e.g. gr.1, Beijing
CTG ➝ CGG
e.g. gr.2, CDC1551
ACC ➝ AGC
• recombinaison visible • structure mosaïque
RD 7
RD 8 RD 10
e.g. gr.3, H37Rv
“moderne”
“ancestrale”, gr.1, SE Asian TbD 1
RD 9
M. tuberculosis
M. canettii et d’autres souches de M. prototuberculosis
M. africanum
AAC ➝ AAG
M. microti M. pinnipedii (phoque)
G ➝A
• pas de recombinaison détectable • bonne corrélation avec SNPs
RD 12 RD 13 CAC ➝ GAC
oryx M. caprae
RD 4 RD 1
“classique”
RD 2 RD 14
BCG Tokyo
M. bovis
• population clonale
BCG Pasteur
Fig. 1.
Évolution des mycobactéries à partir de la souche ancestrale.
Unité de génétique moléculaire bactérienne, Institut Pasteur, 28, rue du Docteur-Roux, 75724 Paris cedex 15, France. Correspondance : [email protected]
Le séquençage complet du génome du BCG est terminé (fig. 2) Il a une taille de 4,4 mégabases, 4 000 gènes le codent, il est commun à plus de 99,9 % avec M. tuberculosis. Le BCG a subi deux larges duplications de gène qui reflètent les modifi-
Rev Mal Respir 2008 ; 25 : 81-82 © 2008 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
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R. Brosch
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a jamais eu de réversion du BCG vers une forme pathogène traduisant le caractère irréversible des pertes d’information. Cette perte d’information est liée à la délétion de la RD1. La délétion de la RD1 a contribué à l’atténuation des souches vaccinales BCG et M. microti. RD1 est absente uniquement dans les souches vaccinales BCG et chez M. microti qui a aussi été utilisé comme souche vaccinale. Cette région encode de petites protéines très immunogènes ESAT-6 (early secreted antigenic target de 6 kb) et CFP10 absentes de BCG et de M. microti. BCG complémenté en RD1 (BCG : RD1) produit de l’ESAT-6 et induit une réaction immunogène plus importante que le BCG chez la souris SCID (privée de cellules T et B) [3]. Ce n’est pas seulement le codage pour la production d’ESAT-6 ou CFP10, mais toute la région elle-même qui est importante. Le système de sécrétion ESX-1 encodée dans la RD1 est aussi important.
2 Fig. 2.
Le séquençage complet du génome du BCG est terminé.
cations génomiques subies in vitro et permettent de le caractériser [2]. Le BCG est fabriqué chaque année à plusieurs millions de doses par plusieurs laboratoires. Le BCG Pasteur, souche plus récente, est porteur d’une duplication (DU1) d’une région de 29 kb qu’il est le seul à porter. Une autre région est dupliquée : DU2. Cette duplication DU2 regroupe les souches BCG dans 4 groupes différents ; une seule petite région de 5 kb (kilobase), dupliquée de façon commune est porteuse d’un gène servant à la synthèse d’une enzyme impliquée dans le métabolisme du glycérol. M. bovis à l’état sauvage ne peut pas métaboliser le glycérol. Lors de la création du BCG, Calmette et Guérin ont effectué des croissances de souches sur des pommes de terre glycérinées, sélectionnant des clones adaptés à ce mode de croissance. Ceci montre l’influence des modes de croissance sur la sélection de souche différentes. Pour passer de Mycobacterium tuberculosis à M. bovis, bactérie virulente, puis au BCG, un certain nombre de déplétions ou de duplications successives ont été nécessaires. La RD1 (région de différentiation 1) a initialement été perdue de façon commune à toutes les souches de BCG. Certaines de ces souches ont ensuite poursuivi leur culture en Russie et au Japon. Ces souches qui ont le moins subi de délétions apparaissent plus proches de la souche originelle qui n’est plus disponible actuellement. La souche japonaise semble d’ailleurs induire une réaction lymphocytaire de type TH1 plus forte lors d’essais cliniques.
Pourquoi le BCG est-il atténué ? La création du BCG à partir de M. bovis a nécessité 230 passages successifs. Malgré les milliards de doses utilisées, il n’y 86
Rev Mal Respir 2008 ; 25 : 85-86
Vaccins du futur Néanmoins, cette souche complémentée en RD1 reste moins virulente que M. tuberculosis. Elle est potentiellement utilisable pour la mise au point d’un vaccin plus performant. De fait, BCG : RD1 protège mieux que le BCG chez la souris immunocompétente, mais aussi chez le cobaye [4]. Plusieurs autres vaccins candidats ont été étudiés au cours des dernières années : vaccins sous unités, vaccins ADN, M. tuberculosis atténués, BCG recombinants, vaccin BCG boosté par un antigène. Certains sont en essais cliniques de phase I : – vaccins sous unités : Hyb1 = 85B-ESAT6 + adjuvants ; – BCG recombinants : BCG : Ag85B ; BCG ureC : hly ; – vaccin BCG boosté : BCG, puis MVA (85A) + FP (85A).
Références 1
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Brosch R, Gordon SV, Marmiesse M, Brodin P, Buchrieser C, Eiglmeier K, Garnier T, Gutierrez C, Hewinson G, Kremer K, Parsons LM, Pym AS, Samper S, Van Soolingen D, Cole ST : A new evolution scenario for the Mycobacterium tuberculosis complex. Proc Natl Acad Sci 2002 ; 99 : 3684-9. Brosch R, Gordon SV, Eiglmeier K, Garnier T, Frigui W, Valenti P, Dos Santos S, Duthoy S, Lacroix C, Garcia-Pelayo C, Inwald JK, Golby P, Garcia JN, Hewinson RG, Behr MA, Quail MA, Churcher C, Barrel BG, Parkhill J, Cole ST : Genome plasticity of BCG and impact on vaccine efficacy. Proc Natl Acad Sci 2007 ; 104 : 5596-601. Pym AS, Brodin P, Brosch R, Huerre M, Cole ST : Loss of RD1 contributed to the atténuation of the lives tuberculosis vaccines Mycobacterium bovis BCG and Mycobacterium microti. Mol Microbiol 2002 ; 46 : 709-17. Pym AS, Brodin P, Majlessi L, Brosch R, Demangel C, Williams A, Griffiths KE, Marchal G, Leclerc C, Cole ST : Recombinant BCG exporting ESAT-6 confers enhanced protection against tuberculosis. Nat Med 2003, 9 : 533-9.
Le BCG : histoire moléculaire et nouvelles perspectives
Orateur : R. Brosch Résumé rédigé par : M. André
L
e thème de cet exposé est l’étude du BCG en tant que bactérie. À partir d’un ancêtre commun, Mycobacterium (M.) prototuberculosis, plusieurs lignées ont donné naissance à partir de délétions génomiques à plusieurs mycobactéries dites modernes ou ancestrales et à Mycobacterium tuberculosis. Une autre lignée, où certaines régions de différenciation (RD) ont été perdues, mène au BCG à partir de Mycobacterium bovis. Récemment, des mycobactéries rares pathogènes ont été identifiées en Afrique de l’Est (Djibouti) et se rattachent directement au probable ancêtre commun M. prototuberculosis. Le complexe tuberculosis est clonal sans recombinaison ultérieure [1] (fig. 1).
M. prototuberculosis
e.g. gr.1, Beijing
CTG ➝ CGG
e.g. gr.2, CDC1551
ACC ➝ AGC
• recombinaison visible • structure mosaïque
RD 7
RD 8 RD 10
e.g. gr.3, H37Rv
“moderne”
“ancestrale”, gr.1, SE Asian TbD 1
RD 9
M. tuberculosis
M. canettii et d’autres souches de M. prototuberculosis
M. africanum
AAC ➝ AAG
M. microti M. pinnipedii (phoque)
G ➝A
• pas de recombinaison détectable • bonne corrélation avec SNPs
RD 12 RD 13 CAC ➝ GAC
oryx M. caprae
RD 4 RD 1
“classique”
RD 2 RD 14
BCG Tokyo
M. bovis
• population clonale
BCG Pasteur
Fig. 1.
Évolution des mycobactéries à partir de la souche ancestrale.
Unité de génétique moléculaire bactérienne, Institut Pasteur, 28, rue du Docteur-Roux, 75724 Paris cedex 15, France. Correspondance : [email protected]
Le séquençage complet du génome du BCG est terminé (fig. 2) Il a une taille de 4,4 mégabases, 4 000 gènes le codent, il est commun à plus de 99,9 % avec M. tuberculosis. Le BCG a subi deux larges duplications de gène qui reflètent les modifi-
Rev Mal Respir 2008 ; 25 : 81-82 © 2008 SPLF. Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés
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a jamais eu de réversion du BCG vers une forme pathogène traduisant le caractère irréversible des pertes d’information. Cette perte d’information est liée à la délétion de la RD1. La délétion de la RD1 a contribué à l’atténuation des souches vaccinales BCG et M. microti. RD1 est absente uniquement dans les souches vaccinales BCG et chez M. microti qui a aussi été utilisé comme souche vaccinale. Cette région encode de petites protéines très immunogènes ESAT-6 (early secreted antigenic target de 6 kb) et CFP10 absentes de BCG et de M. microti. BCG complémenté en RD1 (BCG : RD1) produit de l’ESAT-6 et induit une réaction immunogène plus importante que le BCG chez la souris SCID (privée de cellules T et B) [3]. Ce n’est pas seulement le codage pour la production d’ESAT-6 ou CFP10, mais toute la région elle-même qui est importante. Le système de sécrétion ESX-1 encodée dans la RD1 est aussi important.
2 Fig. 2.
Le séquençage complet du génome du BCG est terminé.
cations génomiques subies in vitro et permettent de le caractériser [2]. Le BCG est fabriqué chaque année à plusieurs millions de doses par plusieurs laboratoires. Le BCG Pasteur, souche plus récente, est porteur d’une duplication (DU1) d’une région de 29 kb qu’il est le seul à porter. Une autre région est dupliquée : DU2. Cette duplication DU2 regroupe les souches BCG dans 4 groupes différents ; une seule petite région de 5 kb (kilobase), dupliquée de façon commune est porteuse d’un gène servant à la synthèse d’une enzyme impliquée dans le métabolisme du glycérol. M. bovis à l’état sauvage ne peut pas métaboliser le glycérol. Lors de la création du BCG, Calmette et Guérin ont effectué des croissances de souches sur des pommes de terre glycérinées, sélectionnant des clones adaptés à ce mode de croissance. Ceci montre l’influence des modes de croissance sur la sélection de souche différentes. Pour passer de Mycobacterium tuberculosis à M. bovis, bactérie virulente, puis au BCG, un certain nombre de déplétions ou de duplications successives ont été nécessaires. La RD1 (région de différentiation 1) a initialement été perdue de façon commune à toutes les souches de BCG. Certaines de ces souches ont ensuite poursuivi leur culture en Russie et au Japon. Ces souches qui ont le moins subi de délétions apparaissent plus proches de la souche originelle qui n’est plus disponible actuellement. La souche japonaise semble d’ailleurs induire une réaction lymphocytaire de type TH1 plus forte lors d’essais cliniques.
Pourquoi le BCG est-il atténué ? La création du BCG à partir de M. bovis a nécessité 230 passages successifs. Malgré les milliards de doses utilisées, il n’y 86
Rev Mal Respir 2008 ; 25 : 85-86
Vaccins du futur Néanmoins, cette souche complémentée en RD1 reste moins virulente que M. tuberculosis. Elle est potentiellement utilisable pour la mise au point d’un vaccin plus performant. De fait, BCG : RD1 protège mieux que le BCG chez la souris immunocompétente, mais aussi chez le cobaye [4]. Plusieurs autres vaccins candidats ont été étudiés au cours des dernières années : vaccins sous unités, vaccins ADN, M. tuberculosis atténués, BCG recombinants, vaccin BCG boosté par un antigène. Certains sont en essais cliniques de phase I : – vaccins sous unités : Hyb1 = 85B-ESAT6 + adjuvants ; – BCG recombinants : BCG : Ag85B ; BCG ureC : hly ; – vaccin BCG boosté : BCG, puis MVA (85A) + FP (85A).
Références 1
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Brosch R, Gordon SV, Marmiesse M, Brodin P, Buchrieser C, Eiglmeier K, Garnier T, Gutierrez C, Hewinson G, Kremer K, Parsons LM, Pym AS, Samper S, Van Soolingen D, Cole ST : A new evolution scenario for the Mycobacterium tuberculosis complex. Proc Natl Acad Sci 2002 ; 99 : 3684-9. Brosch R, Gordon SV, Eiglmeier K, Garnier T, Frigui W, Valenti P, Dos Santos S, Duthoy S, Lacroix C, Garcia-Pelayo C, Inwald JK, Golby P, Garcia JN, Hewinson RG, Behr MA, Quail MA, Churcher C, Barrel BG, Parkhill J, Cole ST : Genome plasticity of BCG and impact on vaccine efficacy. Proc Natl Acad Sci 2007 ; 104 : 5596-601. Pym AS, Brodin P, Brosch R, Huerre M, Cole ST : Loss of RD1 contributed to the atténuation of the lives tuberculosis vaccines Mycobacterium bovis BCG and Mycobacterium microti. Mol Microbiol 2002 ; 46 : 709-17. Pym AS, Brodin P, Majlessi L, Brosch R, Demangel C, Williams A, Griffiths KE, Marchal G, Leclerc C, Cole ST : Recombinant BCG exporting ESAT-6 confers enhanced protection against tuberculosis. Nat Med 2003, 9 : 533-9.