Jean Claude MANUGUERRA LA GRIPPE AVIAIRE Jean Claude MANUGUERRA Cellule d’Intervention Biologique d’Urgence, Institut Pasteur, Paris Pierre SALIOU Président de la Société de Pathologie Exotique

Grippe aviaire Le virus de l’influenza aviaire: Quel risque pour l’Homme Université Senghor, Alexandrie 12 avril 2006

Virus grippaux humains 200 nm Type A Type B Sous-types H1 N1 (H2 N2) H3 N2 Type C

Chez l’homme, la grippe est récurrente et saisonnière

Mortalité par pneumonie et grippe aux Etats-Unis Adapté de: National Center for Health Statistics, Health, United States, 1996-97 and Injury Chartbook, Hyattsville, Maryland: 1997 p.117.

Phylogénie des souches de virus humains A(H3N2) collectées d’octobre 1985 à septembre 1996 Taux d’évolution du domaine HA1 de l’hémagglutinine des virus grippaux humains A(H3N2) Arbre phylogénétique (structure générale) du domaine HA1 de l’hémagglutinine des virus grippaux humains A(H3N2) Long term trends in the evolution of H(3) HA1 human influenza type A; WALTER M. FITCH, ROBIN M. BUSH, CATHERINE A. BENDER, AND NANCY J. COX, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 94, pp. 7712–7718, July 1997

Composition du vaccin antigrippal de 1970 à 1999 Source: OMS

Genèse et phases des épidémies Réservoir animal/ +/- espèce intermédiaire (Re-) Introduction D’un virus nouveau Introduction Diffusion Clusters de cas sporadiques Foyers locaux primaires Cas sporadiques Au sein d’une zone géographique D’une zone à une autre par contiguité Diffusion à distance: avions, bateaux …… Amplification Régression Milieu indemne Foyers secondaires Progression géométrique Du nombre de cas Index cas Individus sensibles

Pandémies et épidémies de grippe chez l’homme Slide 25 Incidence de la grippe (maladie) Niveau moyen d’anticorps dans la population ctre A HxNx Niveau moyen d’anticorps dans la population ctre A HyNy Pandémie Pandémie Période interpandémique Epidémie Epidémie Incidence de la maladie Niveau moyen d’anticorps dans la population Epidémie 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Temps en années Lecture Notes Introduction d’un hypothétique virus A HxNx Variation Ag mineure mais significative de A HxNx. Une épidémie paeut être ou non liée à cette variation Introduction d’un hypothétique virus A HxNx (nouveau sous-type) Disparition du A HxNx Here’s how cycles of antigenic shifts and antigenic drifts translate into cycles of epidemics and pandemics. A new virus (shown here as type A HxNx) is introduced to a population that has no antibodies against it.30 The result is widespread infection throughout the world, or a pandemic. After widespread exposure to the virus, however, antibody formation increases. Increased immunity applies evolutionary pressures to the virus, which can respond with the formation of variant strains, ie, antigenic drift. If these slightly different strains have the “right” degree of transmissibility, they can cause repeated epidemics, each of which increases the level of immunity among the population. After about 10 years, the population as a whole develops widespread immunity to the virus. Once again, selection pressures make the environment especially ripe for the spread of an entirely new virus, perhaps one introduced by genetic reassortment or antigenic shift. This new virus (shown here as type A HyNy) spreads through a population that has no immunologic protection against it. Once again, the result is a pandemic infection.30 Mandell, Douglas and Bennett’s Principles and Practice of Infectious Diseases, 5th ed. 2000:1829. Modified from Kilbourne ED. Influenza. 1987:274, with permission.

Représentation schematique du site d’attachement de la HA des virus grippaux A(H3N2) PB2 PB1 PA HA NP NA M NS     α 2,6 PB2 PB1 PA HA NP NA M NS α 2,3 Positions des mutations: À la surface de la partie globulaire de la HA -> Antigénicité Ou au sein du domaine d’attachement de la HA-> propriétés de liaison (Wilson et al., Nature, 1981)

Transmission interespèces des virus de grippe A

Hypothetical mechanism having led to the emergence of A(H2N2) and A(H3N2) subtypes of influenza A viruses A(H1N1) Virus PB1 HA NA PB1 HA Virus A(H3N2) Hong Kong Flu (1968) Virus A(H2N2) Asian Flu (1957)

Lieu géographique d’origine Les pandémies grippales Année Sous-type Morts en millions Lieu géographique d’origine 1889 H2N2 6 Europe 1898 H3N2 0,5 1918 H1N1 40 1957 4 Asia 1968 2 1977 ? Asia (laboratory) Influenza A pandemics of the 20th century with special reference to 1918: virology, pathology and epidemiology, Rev Med. Virol., J. S. Oxford*

Grippe A(H5N1) en Asie depuis la fin 2003

Les génotypes de virus grippaux A(H5N1) réassortants en Asie orientale Les huits segments génomiques sont de haut en bas: PB2, PB1, PA, HA, NP, NA, M et NS. Chaque couleur représente un lignage (le rouge indique Gs/Gd/1/96). Les génotypes (indiqués par des lettres) sont définis sur la base de la phylogénie du gène. Les génotypes A, B et C résultent du réassortiment de Gs/Gd/1/96 et de un ou plus vrus d’oiseau aquatique one or more aquatic avian viruses. Le génotype D a été créé quand le gène NP du génotype C a été remplacé par celui de virus proches de Dk/HK/Y280/97(H9N2). Le génotype E a été créé quand le gène NP du génotype C a été remplacé par un gène d’un autre virus d’oiseau. Des réassortiments supplémentaires du génotype E avec d’autre virus d’oiseaux aquatiques ont donné naissance aux génotypes X 0–X 3, qui se distinguent entre eux par l’orifgne des segments: PB2, NP et M. Des réassortiments supplémentaires des génotypes A ou B avec d’autres virus d’oiseaux aquatic ont permis la création des génotypes V, Y, Z et Z +. Il est aussi possible que le Gen. V résulte du réassortiment du génotype Z avec de’autres virus aquatiques sauvages Source:: Li K.S. et al, Genesis of a highly pathogenic and potentially pandemic H5N1 influenza virus in eastern Asia, 2004, Nature, vol 430, p 209-213

Pays touchés par l’épizootie

Pays touchés par l’épizootie (Source: OIE)

Pays touchés par l’épizootie

Répartition géographique des cas humains en Asie orientale

Cas humains par pays au 11 avril 2006 Country   2003 2004 2005 2006 Total cases deaths Azerbaijan 8 5 Cambodia 4 2 6 China 16 11 Egypt Indonesia 17 13 12 30 23 Iraq Thailand 22 14 Turkey Viet Nam 3 29 20 61 19 93 42 46 32 95 41 49 33 193 109 Total number of cases includes number of deaths. WHO reports only laboratory-confirmed cases.   Source: WHO through InVS

Distribution dans le temps des cas humains d’infection par virus grippal A(H5N1) Source : Institut National de la Veille Sanitaire d’après les données de l’OMS et des autorités sanitaires vietnamiennes

Genèse et phases des épidémies/ Phases pandémiques de l’OMS Réservoir animal/ +/- espèce intermédiaire (Re-) Introduction D’un virus nouveau Introduction Diffusion Clusters de cas sporadiques Foyers locaux primaires Cas sporadiques Au sein d’une zone géographique D’une zone à une autre par contiguité Diffusion à distance: avions, bateaux …… Amplification Régression Milieu indemne Foyers secondaires Progression géométrique Du nombre de cas Index cas Individus sensibles 2 1 3 4 5 6

Facteurs Facteurs écologiques virologiques Facteurs Facteurs Facteurs impliqués dans l’émergence possible de souches de virus grippaux à potentiel pandémique Facteurs virologiques Facteurs écologiques Facteurs démographiques Facteurs zootechniques possible émergence

Risque de réassortiment Si une épidémie de grippe humaine dans une région dure en moyenne 12 semaines Si la prévalence dans la population totale de cette grippe humaine sur cette période est de 10% Si la fenêtre de co-infection par un virus avaire pendant la phase précoce de l’infection grippale par un virus humain est de 1 jour Alors la proportion de la population suceptible d’abriter une co-infection est de 0,12% Public Health Risk from the Avian H5N1 Influenza Epidemic Neil M. Ferguson, Christophe Fraser, Christl A. Donnelly, Azra C. Ghani, Roy M. Anderson 14 MAY 2004 VOL 304 SCIENCE

Risque de réassortiment Si le réassortiment arrive dans tous les cas de co-infection, alors la probabilité de réassortiment pour n cas humains d’infection par la grippe aviaire est de: 1-(1-0,0012)n Pour un risque de réassortiment de 50%, n = 600 Pour un risque de réassortiment de 5%, n = 45 Ici n=34, soit un risque de 4% Public Health Risk from the Avian H5N1 Influenza Epidemic Neil M. Ferguson, Christophe Fraser, Christl A. Donnelly, Azra C. Ghani, Roy M. Anderson 14 MAY 2004 VOL 304 SCIENCE

Surveillance de la taille des «clusters » des cas groupés Ici, 2 cas de transmission inter-humaine possible: R0=0,06 Threshold size of the largest cluster expected by chance for a range of levels of human-to-human transmission, as quantified by the proportion of avian-to-human cases generating secondary cases (approximate R0 values are also shown). Anomalous behavior might be suspected if a cluster exceeds this threshold size. Note how the expected maximum cluster size increases cases accumulate. Public Health Risk from the Avian H5N1 Influenza Epidemic Neil M. Ferguson, Christophe Fraser, Christl A. Donnelly, Azra C. Ghani, Roy M. Anderson 14 MAY 2004 VOL 304 SCIENCE

Diversité génétique virale Les deux causes principales de la diversité génétique virale sont: les mutations (y compris les échanges génétiques) et la taille des populations. Quand les deux augmentent, le spectre des propriétés disponibles pour les descendants viraux en font autant. La taille des populations virales est dépendante de celle des populations d’hôtes (animaux et hommes) et du territoire tissulaire dans lequel le virus peut se multiplier.

Taille des populations et probabilité d’émergence d’un virus adapté à l’homme par mutation Si l’on considère le taux de mutation du génome des virus grippaux de type A (basé sur la portion HA1 de l’hémagglutinine) soit 5 x 0,001 par nucléotide et par an Si l’on considère qu’il faut Une mutation pour adapter le virus à l’homme (ex A: Position 226 HA et spécificité d’attachement) Deux mutations ( A + B: Position 627 PB2, thermodépendance) Trois mutations (A+B+C) Alors la probabilité de voir apparaître, sur un an, un virus adapté est: 0,005; 5 x 10-6; 5 x 10-9 s’il en faut quatre 5 x 10-12

Démographie Lumières des régions habitées sur terre Démographie humaine Chine: 1,3.109 Vietnam: 7,5.107 Thailande: 5,7.107 Pays-Bas: 1,7.107 Démographie aviaire domestique Pays-Bas: 1,2.108 Lumières des régions habitées sur terre

Taille des populations et probabilité d’émergence d’un virus adapté à l’homme par mutation Si la probabilité de voir apparaître, sur un an, un virus adapté est: 0,005; 5 x 10-6; 5 x 10-9 s’il en faut quatre 5 x 10-12 Si l’on considère que depuis la survenue de l’épizootie de grippe aviaire à virus A(H5N1) en Asie, la population aviaire domestique annuelle infectée par le virus a cru d’un facteur: 10, 100, 1000, 10000, 100000 Alors la probabilité de voir apparaître, sur un an, un virus adapté à l’homme devient pour 5 x 10-9 5 x 10-8, 5 x 10-7, 5 x 10-6, 5 x 10-4, 5 x 10-3

Méthodes de lutte Mesures sanitaires Chez les animaux: police sanitaire Chez l’homme: mesures barrière, confinement etc .. Antiviraux (chez l’homme) Curatif Métaphylaxie Vaccins Chez les animaux Chez l’homme

Noyau Matrice ARN Influenza virus Cellule infectée Virus Neuraminidase Cycle de multiplication des virus influenza A Influenza virus Matrice ARN Nucleoprotéine & polymerases Virus Acide Sialique Hémagglutinine Endosome Cellule infectée Noyau Neuraminidase Viral ARN Copies d’ARN viral ARNm viral Ribosome cellulaire Proteines virales Protéine M2 According to Scientific American, January 1999 : W. G. Laver et al.

Dose cytotoxique 50% (mM) Cytotoxicité et activité in vitro A: Cytotoxicité Neu5Ac2en 4-amino- 4-guanidino- GS4071 amantadine rimantadine ribavirine Dose cytotoxique 50% (mM) > 5.5 >10 >10 >1 0,04 - 1 0,01 - 4 0,005 - 4,5 2 B: Efficacité Type/sous-type viral Neu5Ac2en 4-amino- 4-guanidino- GS4071 amantadine rimantadine ribavirine A/H1N1 92-240 2,4-8,5 0,014 0,026 5,3-7,3 0,6 32-54 A/H2N2* 55 1,5 0,014 ND 3,2 0,45 40 A/H3N2 38-52 0,65-1,2 0,014 0,002 1,1-4,4 <0,27 10,4-32,5 B* 5,2 0,065 0,005 0,002 >25 >25 6,1 1) d'après Woods et al., 1993 [33] sauf pour le GS4071 (pour revue Calfee et Hayden, 1998 [32]) 2) CI50 (µM) déterminée par nhibition de la formation de plages de lyse; d'après Woods et al., 1993 [33] sauf pour le GS4071 (pour revue Calfee et Hayden, 1998 [32]) et * (von Itzstein et al., 1993 [29])

localisation/fonction localisation/fonction (à 15 jours de traitement) Bases génétiques de la résistance aux inhibiteurs de la neuraminidase des virus grippaux NA HA VIRUS Résistance à 2 Substitutions d'aa localisation/fonction Substitutions d'aa localisation/fonction A/NWS/G70C (H1N9) ZNV G90Q région variable T155A HA1: attachement au récepteur ZNV N346S région variable V223I HA1: proche de la poche du site d'attachement ZNV R229I conservé, HA1: sur la gauche de la poche du site d'attachement ZNV E119G poche située sous le site actif ZNV, 6-Carb S165N HA1: site de glycosylation R292K HA1: proche des résidus 134 à 138 formant le ZNV, 6-Carb, GS4071 R292K résidu catalytique du site actif G143E flan droit du site de liaison au récepteur ZNV, 6-Carb, GS4071 R292K HA1: proche du site de glycosylation N197 N199S (1) ZNV, 6-Carb, GS4071 HA1: proche du site de glycosylation N197 N199S conservé, B/HK/8/73(HG) ZNV E119G HA1: site de glycosylation poche située sous le site actif N145S N150S HA1 A/tk/Minn/833/80(H4N2) ZNV R249K distant du site actif G75E HA2: proche du second site d'attachement E117A conservé, ZNV E119D poche située sous le site actif E119G A/tk/Minn/833/80(H4N2) ZNV et GS4071 R292K résidu catalytique du site actif Isolat clinique de virus de grippe B ZNV R152K T198I (à 15 jours de traitement) D'après Calfee et Hayden, 1998 [32]; McKimm-Breschkin et al.1998 [41] et Gubareva et al. 1998 [40] (1) Réassortant du virus parental A/NWS/33G70C(H1N9) portant l'hémagglutinine du virus mutant dérivé par les substitutions N199S sur l'hémagglutinine et R292K sur la neuraminidase. (2) ZNV= zanamivir; 6-Carb = 6-carboxamide

Interactions entre la neuraminidase et le “récepteur” viral OH O CO2H HN HO H R118 R371 R292 E276 Substrat (Sialique acide) Site Enzymatique

GS 4104 : R=CH2CH3 -> OSELTAMIVIR GS 4071 : R=H OH O CO2H HN HO H Acide sialique OH O CO2H HO H HN NH2 NH CO2-R NH2 O HN 4-guanidino-Neu5Ac2en ZANAMIVIR (GG167) GS 4104 : R=CH2CH3 -> OSELTAMIVIR GS 4071 : R=H

INA, point de vue pratique avec INA sans INA 1ère dose Sévérité Symptomes sévérité Durée 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Jours pi

Méthodes de lutte: les antiviraux

La fabrication pour l’hémisphère nord Culture virale sur œufs embryonnés février Vaccin vrac Monovalent A/H3N2 A/H1N1 B CONTRÔLES Vaccin grippe mélange des 3 vaccins vracs monovalents Les vaccins grippe dits fragmentés contiennent les antigènes de surface Hémagglutinine et Neuraminidase et des antigènes internes (protéines NP,M) qui ont montré qu'ils induisaient une réponse immunitaire protectrice. L'absence de lipides réactogènes limite les réactions indésirables. La fabrication d’un lot de vaccin monovalent se fait par inoculation d’une souche dans la cavité allantoïdienne d'embryons de poulets âgés de 11 jours. Après incubation 48 heures à une température d'environ 35°C, le liquide allantoïque est prélevé stérilement, filtré et purifié. Chaque souche est ensuite inactivée puis concentrée avant d'être mélangée aux autres. Tous les lots de monovalent, puis le vaccin trivalent sont contrôlés : activité, innocuité, mesure du poids d'antigène dans chaque dose, souche par souche. Une étude clinique et des contrôles d'innocuité sont obligatoirement effectués chaque année : l'étude de tolérance, la vérification du pouvoir immunogène du vaccin sont les deux étapes indispensables pour la délivrance d'une Autorisation de Mise sur le Marché Vaccin trivalent CONTRÔLES Répartition en seringues et flacons Conditionnement Setembre CONTRÔLES

Et les vaccins???? Défi numéro 1: préparer un vaccin sur œuf de poule avec un virus hautement pathogène Défi numéro 2: avoir un vaccin efficace Essais cliniques avec un prototype Défi numéro 3:raccourcir le délai de fabrication et d’enregistrement (4 mois en étant optimiste) Défi numéro 4: fabriquer le nombre de doses nécessaires Capacité actuelle de production  300 000 000 de doses pour un peu plus de 6 milliards d’individus

Atténuation des souches par génétique inverse Défi 1 : vaccin sur œuf de poule avec virus hautement pathogène pour le poulet Atténuation des souches par génétique inverse = manipulations des gènes ---> réassortants avirulents pour les œufs (suppression d’acides aminés basiques dans le site de clivage de l’HA) Semence virale H5N1 avec « ossature » de type A/PR8 Etape essentielle du développement des vaccins pandémiques

Défi 2 : essais cliniques avec un prototype Essai phase 1 aux Etats Unis 451 adultes sains de 18 à 64 ans 5 groupes : 90, 45, 15 et 7,5 mcg + placebo 2 doses à 28 jours d’intervalle = effets indésirables minimes Anticorps protecteurs 90 mcg : 58 % 45 mcg : 43 % 15 mcg : 22 % 7,5 mcg : 9 % Placebo : 0% un essai en France avec vaccin adjuvé donnerait de meilleurs résultats

Défi 3 : raccourcir le délai de fabrication et d’enregistrement Délai de fabrication : incompressible Délai d’enregistrement : étude clinique minimale (discussion avec les autorités de santé) = 4 mois en étant optimiste

Défi 4 : fabrication des doses nécessaires Capacité mondiale actuelle de production : 300 millions de doses Si une dose seulement nécessaire, il faudrait 450 millions pour l’Europe 6,5 milliards pour le monde ---> Augmentation des capacités de production nécessaire (passe par l’augmentation de production du vaccin saisonnier annuel) = Défi considérable pour les producteurs

Conclusion Grippe aviaire = zoonose à ce jour Risque réel mais non avéré Intérêt de la lutte au lieu d’émergence Plans de lutte nationaux pour Eviter la pandémie Retarder la pandémie Diminuer l’impact sur la population