Le mucus, une substance que nous percevons souvent exclusivement comme un effet secondaire collant et désagréable d'un rhume, est en réalité l'un des éléments les plus sophistiqués et sous-estimés de notre système immunitaire. Une étude révolutionnaire récente menée au prestigieux Massachusetts Institute of Technology (MIT) a révélé que ce matériau biologique contient des molécules extrêmement puissantes capables de neutraliser des agents pathogènes dangereux. Au cœur de cette découverte se trouve la prise de conscience de la manière dont des composés spécifiques au sein du mucus, connus sous le nom de mucines, désarment activement la bactérie Salmonella enterica, l'une des causes les plus courantes d'intoxication alimentaire et d'infections intestinales graves dans le monde.

Cette recherche ouvre des horizons entièrement nouveaux dans la prévention et le traitement des maladies d'origine alimentaire et hydrique. Les scientifiques du MIT se concentrent désormais sur le développement de versions synthétiques de ces molécules naturelles, dans le but de créer des thérapies innovantes qui pourraient protéger les gens contre les infections, y compris la soi-disant « diarrhée du voyageur » qui affecte des millions de personnes chaque année.

Le pouvoir caché du système digestif

Notre corps est tapissé de mucus à de nombreux endroits, des voies respiratoires au tube digestif, où il forme la première ligne de défense. On a longtemps pensé que son rôle était principalement mécanique – créer une barrière physique qui empêche la pénétration des microbes. Cependant, une équipe dirigée par la professeure de génie biologique Katharina Ribbeck prouve depuis des années que le rôle du mucus est bien plus complexe. Leurs travaux ont montré que le mucus n'est pas une barrière passive, mais un bouclier biochimique actif.

Les composants clés du mucus sont les mucines, des molécules grandes et complexes qui ont une structure unique ressemblant à un goupillon. Elles se composent d'un « squelette » protéique auquel sont attachées de nombreuses chaînes de sucres complexes, appelés glycanes. C'est cette structure complexe qui permet aux mucines d'interagir avec les microbes de manière étonnante. Des recherches antérieures de la professeure Ribbeck ont déjà démontré comment les mucines peuvent neutraliser efficacement l'agent pathogène du choléra (Vibrio cholerae), la dangereuse bactérie Pseudomonas aeruginosa, et même le champignon Candida albicans.

Révéler le mécanisme : Comment les mucines neutralisent la Salmonella

Dans leur dernière étude, publiée dans la prestigieuse revue Cell Reports, les chercheurs se sont concentrés sur l'interaction entre les mucines du système digestif et la bactérie Salmonella enterica. Pour infecter avec succès les cellules hôtes, Salmonella doit activer son arsenal moléculaire sophistiqué. Cet arsenal comprend le soi-disant système de sécrétion de type 3 (T3SS), qui fonctionne comme une aiguille ou une seringue moléculaire miniature. Grâce à lui, la bactérie injecte ses propres protéines directement dans les cellules humaines, en prenant le contrôle et en provoquant une réponse infl ammatoire et les symptômes de la maladie.

Les instructions génétiques pour construire ce système d'attaque se trouvent sur une partie spécifique de l'ADN bactérien, connue sous le nom d'« îlot de pathogénicité Salmonella 1 » (SPI-1). Les scientifiques du MIT ont découvert que lorsqu'ils exposent Salmonella à une mucine appelée MUC2, naturellement présente dans les intestins, la bactérie cesse brusquement de produire les protéines codées sur SPI-1. En d'autres termes, la mucine lui enlève son arme clé et elle devient incapable d'infecter.

En approfondissant leurs recherches, l'équipe a également découvert le mécanisme moléculaire précis derrière ce phénomène. MUC2 agit en ciblant et en désactivant une protéine régulatrice clé dans la bactérie, connue sous le nom de HilD. Cette protéine agit comme un interrupteur principal – lorsqu'elle est active, elle déclenche toute une cascade de gènes sur l'îlot SPI-1, activant ainsi la production du système T3SS. Les mucines bloquent HilD, arrêtant ainsi tout le mécanisme d'attaque avant même qu'il n'ait commencé.

La structure est la clé : Les sucres ont besoin de soutien

À l'aide de simulations informatiques avancées et d'expériences en laboratoire, les chercheurs ont pu identifier les parties exactes de la mucine responsables de ce blocage. Il a été démontré que certains monosaccharides (sucres simples) au sein des chaînes de glycanes, en particulier le GlcNAc et le GalNAc, peuvent se lier à un site très spécifique sur la protéine HilD. Cependant, l'étude a également révélé un détail crucial : seuls, les sucres isolés n'ont presque aucun effet. Ils ne peuvent désactiver HilD que lorsqu'ils sont attachés au squelette protéique de la mucine. Cela indique que l'architecture globale en « brosse » de la mucine joue un rôle crucial, permettant une présentation et une liaison optimales des sucres à la protéine cible dans la bactérie.

Il est intéressant de noter que les chercheurs ont découvert que la mucine MUC5AC, que l'on trouve principalement dans l'estomac, a une capacité similaire, ce qui suggère que le corps dispose de mécanismes de défense multiples et complémentaires. De plus, il a été démontré que MUC2 et MUC5AC peuvent de la même manière désactiver les gènes de virulence chez d'autres agents pathogènes bactériens apparentés qui utilisent également HilD comme principal interrupteur régulateur.

Du laboratoire à la pharmacie : L'avenir des mucines synthétiques

Cette découverte n'est pas seulement d'importance académique ; elle ouvre la voie au développement d'une toute nouvelle classe d'agents préventifs et thérapeutiques. L'équipe de la professeure Ribbeck prévoit maintenant d'utiliser les connaissances acquises pour concevoir et produire des mucines synthétiques – des molécules qui imiteraient la fonction des mucines naturelles mais qui pourraient être produites en grandes quantités et appliquées de manière ciblée.

Des recherches menées dans d'autres laboratoires ont montré que Salmonella a une stratégie pour échapper aux défenses de l'hôte en recherchant et en attaquant des parties du tube digestif où la couche de mucus est mince ou inexistante. « Une stratégie envisageable serait de renforcer ces points faibles de la barrière muqueuse pour protéger les zones où la quantité de mucine est limitée », explique la Dre Kelsey Wheeler, l'une des principales auteures de l'étude.

Il existe plusieurs scénarios réalistes pour l'application de ces molécules synthétiques. L'un des plus prometteurs est leur ajout aux sels de réhydratation orale. Il s'agit de mélanges d'électrolytes et de sucres que l'on dissout dans l'eau et que l'on utilise pour traiter la déshydratation causée par la diarrhée. En ajoutant des mucines synthétiques, le patient ne se contenterait pas de reconstituer les fluides perdus, mais recevrait en même temps une substance active qui combat l'agent infectieux lui-même.

Une autre application potentielle est le développement de comprimés à mâcher qui pourraient être pris à titre préventif, par exemple, avant de voyager dans des régions où les infections intestinales sont fréquentes. Une telle « prophylaxie pré-exposition » pourrait éviter d'énormes pertes de productivité et des coûts de traitement et réduire considérablement la souffrance humaine associée à ces maladies. « Les imitateurs de mucine seraient particulièrement utiles en tant que mesure préventive, car c'est exactement ainsi que le corps a développé le mucus – en tant que partie du système immunitaire inné qui empêche l'infection de se produire », conclut la Dre Wheeler. Le développement de telles solutions pourrait représenter une solution bon marché et efficace à un problème de santé mondial qui cause des milliards de dollars de dommages chaque année.