Métagénomique clinique de l'endocardite infectieuse (Meta-ENDO)

Contexte et justification L'endocardite infectieuse (EI) est une infection des valves cardiaques. L'IE implique principalement des bactéries, plus rarement des champignons. L'EI est une maladie rare avec une incidence estimée de 1 à 12 cas pour 100 000 habitants par an. Le diagnostic de l'EI repose sur le prélèvement d'échantillons biologiques (hémocultures et prélèvements peropératoires) et leur culture au laboratoire de bactériologie, dites méthodes conventionnelles.

Ce procédé, pratiquement inchangé depuis l'époque de Pasteur à la fin du XIXe siècle, a l'inconvénient de ne permettre que la détection des bactéries cultivables dans les conditions habituelles d'un laboratoire. Si la plupart des bactéries pathogènes peuvent le faire, certaines bactéries pouvant être impliquées dans l'EI (ex. Coxiella sp., Bartonella sp., Tropheryma whipplei) nécessitent des conditions très particulières pour se multiplier. De plus, la prise préalable d'antibiotiques par le patient avant le prélèvement des échantillons peut influencer négativement la culture des échantillons. Le diagnostic d'EI est évoqué devant un ensemble d'arguments cliniques (fièvre, comportement à risque microbiologique (hémoculture(s) positive(s), sérologie (pour Coxiella burnettii), échographie (présence d'une masse intra-cardiaque, abcès, fuite et/ou désinsertion d'une valve), qui sont tous des critères mineurs et majeurs pour déterminer la certitude de l'EI. Le traitement de l'EI repose sur une antibiothérapie prolongée (4 à 6 semaines pour la majorité des cas) et une chirurgie valvulaire (selon des indications précises).

Dans environ 10% des cas, cependant, les hémocultures restent négatives. Ceux-ci sont appelés IE de culture négative, qui peuvent être dus à des prises d'antibiotiques avant le prélèvement, à des bactéries non cultivables ou à des phénomènes d'asepsie. La PCR à large spectre qui consiste à amplifier par PCR puis à séquencer une fraction du gène codant pour l'ARN 16S peut alors être utilisée. Il permet l'identification de la bactérie pathogène, mais ne renseigne pas sur une éventuelle résistance acquise aux antibiotiques.

Concept de métagénomique clinique La métagénomique clinique est définie comme l'application du séquençage à haut débit (NGS) suivi d'une analyse bioinformatique spécifique pour obtenir des informations cliniques, c'est-à-dire l'identification des agents pathogènes et la prédiction de leur sensibilité aux antimicrobiens. Le métagénome d'un échantillon (c'est-à-dire tous les génomes des organismes présents) contient pratiquement toutes les informations nécessaires au diagnostic bactériologique : quelle(s) est/sont la/les bactérie(s) pathogène(s), et à quels antibiotiques elle/elles est/sont sensible(s). Le concept de métagénomique clinique s'est développé en parallèle avec les nouvelles technologies de séquençage de l'ADN introduites au milieu des années 2000 et beaucoup plus performantes en termes de débit que la méthode de séquençage décrite par Sanger. Si ce concept est séduisant, il existe encore de nombreux obstacles à sa mise en œuvre. Premièrement, les échantillons cliniques d'infections bactériennes contiennent généralement une forte concentration de leucocytes, dont le génome est environ 1000 fois plus grand que celui des bactéries. Ainsi, la première étape limitante pour la métagénomique clinique est la nécessité d'obtenir suffisamment d'ADN bactérien pour permettre la préparation de librairies de qualité pour le séquençage, mais aussi de réduire la concentration d'ADN humain dont le séquençage est inutile dans ce contexte. Des méthodes sont disponibles mais leur évaluation à des fins de métagénomique clinique est nécessaire. Deuxièmement, la complexité des données bioinformatiques à gérer par un microbiologiste nécessite une exploitation la plus automatisée possible des données avec une interface conviviale, ce qui n'est pas le cas aujourd'hui même si des plateformes en ligne se développent. L'attribution taxonomique des séquences, leur assemblage, l'identification des gènes et des mutations chromosomiques associés à la résistance aux antibiotiques, et l'établissement d'un lien entre le déterminant de la résistance et la bactérie hôte sont des obstacles supplémentaires à la mise en œuvre de la métagénomique clinique. Enfin, si le temps d'obtention de résultats exploitables par le microbiologiste tend à diminuer, il est désormais comparable à celui de la culture, à un coût bien supérieur. Cependant, la concurrence soutenue entre fabricants de séquenceurs devrait entretenir leur déclin comme cela a été le cas au cours de la dernière décennie.

Pertinence de l'utilisation de la métagénomique clinique en EI

L'utilisation de la métagénomique clinique dans le cadre de l'EI semble donc pertinente pour plusieurs raisons :

• La plupart des EI sont monomicrobiennes, ce qui soutient la bonne performance de la métagénomique clinique selon nos résultats préliminaires.
• La culture des prélèvements peropératoires réalisée dans un contexte d'EI est parfois négative, du fait d'un prétraitement antibiotique et/ou d'une non culture dans les conditions de routine de l'agent pathogène (ex : Bartonella spp ou Coxiella spp.), laissant place à amélioration.
• Le traitement de l'EI est un traitement au long cours qui nécessite un diagnostic précis en fonction de la sensibilité des pathogènes aux antibiotiques. Si l'agent pathogène n'est pas retrouvé en culture, des antibiotiques à large spectre doivent être administrés au patient avec un double risque d'échec thérapeutique et de toxicité. Cependant, la métagénomique clinique pourrait fournir des informations sur la sensibilité aux antibiotiques même en cas de culture négative.
• Dans la plupart des cas, le diagnostic microbiologique d'EI n'est pas un diagnostic d'urgence, ce qui est compatible avec l'utilisation de la métagénomique clinique dont le délai de mise en œuvre est au mieux de 48-72h.

Par conséquent, nous proposons d'évaluer la performance de la métagénomique clinique dans le diagnostic de l'EI.