Mucus: le héros méconnu du corps



Nous le connaissons mieux comme une boue filante dégoulinant de nez et comme une visqueuse décolorée bouchée par des voies respiratoires dégoutées. Mais c’est tellement plus que ça. En recouvrant les surfaces des intestins, des yeux, de la bouche, de la cavité nasale et des oreilles, le mucus joue plusieurs rôles physiologiques importants: hydratation, nettoyage, soutien des bons microbes et protection des envahisseurs étrangers.

"J'aime l'appeler le héros méconnu du corps – c'est quelque chose qui a des effets si puissants sur notre santé", déclare Katharina Ribbeck, biophysicienne au MIT, qui avec des collègues de 2018 Revue annuelle de biologie cellulaire et développementale. La plupart de ces fonctions proviennent des 5% de la substance qui n’est pas de l’eau: divers sels, lipides et protéines, notamment les mucines, qui confèrent au mucus ses propriétés gélifiantes – de longs polypeptides filaires enrobés de chaînes de sucres appelés glycanes.

Les scientifiques ont découvert de nombreuses façons dont les protéines de la mucine agissent pour maintenir la surface du corps propre et protégée et continuent d'analyser les interactions complexes entre les molécules et les microbes. Voici une partie de ce qu’ils ont appris jusqu’à présent et où va la recherche.

Une multitude de mucines

Les enduits muqueux varient considérablement à travers le corps, en fonction des fonctions requises. L'œil, par exemple, est recouvert d'un mince film de mucus pas particulièrement visqueux, suffisant pour le maintenir hydraté. En revanche, l'intérieur du côlon porte un revêtement épais et gommeux qui empêche les bactéries de se faufiler.

Les mucines sont la clé de ces propriétés physiques. Produites par des cellules spécialisées dans des tissus qui tapissent les cavités et les surfaces corporelles, elles comptent parmi les plus grosses molécules que nous fabriquons et se déclinent en deux saveurs principales: les mucines sécrétées, exsudées pour former de grands réseaux maillés, et les mucines attachées qui restent. verrouillé sur les cellules.

La fabrication de mucine change avec le lieu et les circonstances. «Il y a beaucoup de spécificité cellulaire», explique le biophysicien Brian Button de la faculté de médecine de l’Université de Caroline du Nord. Par exemple, le mucus en forme de gel qui maintient les voies respiratoires propres est constitué des mucines sécrétées MUC5B et MUC5AC. En général, MUC5B est dominant – une analyse de 2017 dans le New England Journal of Medicine trouvé qu'il s'agissait, par exemple. Toutefois, lors d’infections et de certaines autres pathologies, le taux de MUC5AC augmente considérablement, créant un mucus collant beaucoup plus tenace et difficile à dégager des voies respiratoires.

Davantage de MUC5AC peut être bénéfique, car le mucus goopier empêche les bactéries d’adhérer aux cellules du corps et de causer des dommages, a déclaré Button. Mais dans des conditions telles que l'asthme, la fibrose kystique et la bronchopneumopathie chronique obstructive, la surproduction de MUC5AC peut provoquer une accumulation néfaste de mucus dans les voies respiratoires.

Dans d'autres parties du corps, telles que l'estomac, des concentrations élevées de MUC5AC sont standard et aident à protéger la muqueuse des sucs digestifs acides. Et dans l'intestin, une autre mucine – MUC2 – en est l'acteur principal. Dans le côlon, MUC2 forme deux couches de mucus – une doublure externe lâche abritant des bactéries et une barrière interne compacte empêchant ces micro-organismes de pénétrer dans les cellules du tissu situé en dessous. Contrairement aux voies respiratoires, «dans l’intestin, vous n’avez vraiment pas trop de problème», déclare Gunnar Hansson, biologiste de la mucine à l’Université de Göteborg en Suède. "Vous préférez avoir trop que trop peu."

Crédit: Knowable Magazine

Manger sur le mucus

Aujourd’hui, on prend de plus en plus conscience que les milliards de microbes qui vivent dans nos intestins – le microbiome intestinal – jouent un rôle vital dans la santé et la maladie. Et où habitent-ils? En couches de mucus nourricier. En fait, il est devenu évident que bon nombre de ces bactéries commensales utilisent principalement les glycanes incrustant des molécules de mucine. À cette fin, leurs génomes portent des codes pour les enzymes capables de cliver ces glucides et de les digérer.

La bactérie libère également des métabolites tels que le butyrate d'acide gras à chaîne courte, que les cellules intestinales utilisent pour alimenter une production accrue de mucine. «Ils utilisent l'énergie pour se nourrir, mais ils produisent également de l'énergie qu'ils nous renvoient. . . et permettant de fabriquer ces grandes quantités de mucines », explique Hansson. "Ils en bénéficient, et nous en bénéficions également."

Contrairement aux habitants naturels de nos tripes, les bactéries pathogènes ont tendance à ne pas disposer de la machinerie nécessaire pour tirer parti des glycanes contenus dans les mucines et ont développé d’autres moyens d’accroître leur population.

Gestion du comportement des microbes

Les mucines font plus que servir de barrières physiques et de nourriture microbienne. Les scientifiques ont découvert que les glycanes décorant la surface de ces molécules peuvent influer sur le comportement et la physiologie des microbes pathogènes et réduire leur capacité à se propager et à causer des dommages.

Dans une étude de 2012 en Biologie actuellepar exemple, Ribbeck et ses collègues ont découvert dans des expériences sur des éprouvettes que les mucines pourraient arrêter la bactérie Pseudomonas aeruginosa, cause de nombreuses infections nosocomiales dangereuses, – communautés microbiennes très unies et difficiles à éradiquer. Le laboratoire de Ribbeck a montré par la suite que les mucines pouvaient empêcher la formation de biofilms d’autres agents pathogènes, la bactérie responsable de la carie dentaire.

En plus de limiter les envahisseurs étrangers, les mucines peuvent également aider à contrôler les microbes résidents de notre corps. L’équipe de Ribbeck a constaté que les molécules annulaient la transition de Candida albicans, un champignon qui réside normalement dans le microbiome en bonne santé, sous une forme pathogène. Ils le font en formant des filaments, en s’attachant à des surfaces et en développant d’autres traits lui permettant de causer des dommages.

Les mucines peuvent également servir de leurres pour prévenir l’infection. En 2009, Mike McGuckin, biologiste moléculaire à l’Université de Melbourne en Australie, et ses collègues ont rapporté dans PLOS Pathogènes que quand Helicobacter pylori, une bactérie pouvant causer des ulcères peptiques et un cancer de l'estomac, tente de se lier à une cellule à la surface de l'estomac, une boîte de mucine. La mucine se détache ensuite de la membrane de la cellule, entraînant avec elle l'envahisseur potentiel dans le suc gastrique acide. «Beaucoup de bactéries et de virus reconnaissent certains sucres à la surface des cellules et c’est comme ça qu’ils savent qu’ils vont jusqu’à la cellule», explique Button. "Les mucines peuvent reproduire ces schémas de glycosylation et agir comme des leurres moléculaires."

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Mais certaines bactéries pathogènes utilisent les mucines à leur avantage. Dans une autre étude, McGuckin et ses collègues ont démontré que Campylobacter jejuni, un microbe qui vit sans danger chez les poulets mais peut provoquer une intoxication alimentaire chez les humains, reconnaît les mucines humaines et utilise leur présence comme.

«Il existe de nombreux exemples dans lesquels une bactérie est non pathogène chez une espèce mais peut l'être chez une autre espèce – et une grande partie de celle-ci concerne les mucines», déclare McGuckin. "La même chose est vraie pour les virus."

Faire des mucines synthétiques

Les scientifiques espèrent un jour créer des mucines synthétiques à la fois pour la recherche et pour le traitement et ont beaucoup travaillé sur le développement de la culture tissulaire pour leur production. Mais il faudra une meilleure compréhension de la structure et des propriétés biophysiques des molécules avant que les substituts synthétiques ne deviennent une réalité clinique, explique le biologiste moléculaire Christopher Evans de l’Université du Colorado à Denver, qui travaille avec ses collègues pour préciser certaines de ces informations.

Une fois cela fait, les mucines synthétiques pourraient être utilisées dans des études de laboratoire et, éventuellement, dans des applications de soins de santé telles que le contrôle des agents pathogènes problématiques, la restauration des muqueuses endommagées ou défectueuses, et l’amélioration de la distribution de médicaments en créant des revêtements pouvant contourner les barrières muqueuses.

Et Ribbeck voit encore d’autres utilisations potentielles: les mucines synthétiques pourraient remplacer les antibiotiques dans les aliments pour animaux, par exemple, ou gérer les communautés microbiennes pour favoriser la croissance des cultures. «Les applications pourraient aller bien au-delà des soins de santé», dit-elle.

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Cet article a été publié à l'origine dans une publication journalistique indépendante de Annual Reviews. Inscrivez-vous pour le.

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