Des chercheurs du MIT ont généré des mucines synthétiques qui imitent la structure et la fonction des mucines naturelles. © Jose-Luis Olivares, MIT, iStockphoto
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Un mucus artificiel contre les infections

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Le mucus retient et neutralise les microbes pathogènes, constituant ainsi une arme supplémentaire de défense de l'organisme. Une équipe du MIT est parvenue à reproduire leur structure complexe en laboratoire, ouvrant ainsi la porte à de futurs traitements préventifs contre les maladies infectieuses.

Le mucus, un gel visqueux qui tapisse notre nez, nos voies digestives et urinaires, a la propriété de piéger et neutraliser les agents pathogènes ainsi que les particules fines comme la poussière et la pollution. Il lubrifie aussi les voies respiratoires, constituant une première ligne de défense contre les bactéries et les virus pathogènes. Le mucus est essentiellement formé de mucines, de longues chaînes de protéines hérissées de sucres appelés glycanes.

Inactiver les bactéries infectieuses

Or, ces glycanes ont non seulement la capacité de stopper les bactéries, mais parviennent aussi à les désarmer, en les empêchant de secréter des toxines, de communiquer entre elles ou d'adhérer aux cellules. Pour les chercheurs, le mucus pourrait donc constituer une arme supplémentaire contre les microbes, notamment contre les bactéries multirésistantes. En effet, contrairement aux antibiotiques qui tuent les bactéries, les mucines se contentent de les désactiver et n'induisent donc pas de résistance.

Une molécule en forme de « balais brosse »

Le problème est que le mucus n'est pas aussi facile à fabriquer qu'un cachet d'aspirine. Il possède une structure complexe difficile à reproduire. Une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) vient pourtant de réussir à fabriquer du mucus artificiel à partir d'un squelette de polymères. Katharina Ribbeck et Laura Kiessling, qui ont mené les travaux publiés dans la revue ACS Central Science, ont utilisé une réaction nommée polymérisation de métathèse à ouverture de cycle (ROMP). Cette réaction, utilisée depuis les années 1970 dans l'industrie chimique et pharmaceutique, consiste à ouvrir un cycle de carbone pour former une molécule linéaire contenant une double liaison carbone-carbone. Ces molécules peuvent ensuite être réunies pour former de longs polymères.

Les mucines, qui constituent le mucus, sont formées de longues chaînes d’acides aminés hérissées de sucres (glycanes). © Thomas Crouzier et al., Biomaterials Science, 2018

Choisir la bonne configuration

Pour fonctionner, la métathèse nécessite un catalyseur métallique. Ce dernier va permettre de choisir la configuration de la molécule, qui peut être « cis » (lorsque les groupes sont du même côté de la double liaison carbone-carbone) ou « trans » (lorsque les groupes sont de part et d'autre de la liaison). Or, les chercheurs ont constaté que les versions « cis » des polymères synthétiques étaient les plus proches de la mucine naturelle. Elles forment en effet des polymères très allongés, contrairement aux versions « trans », qui s'agglutinent au lieu de s'étirer. Les chercheurs ont pu constater en laboratoire que le mucus synthétique exposé à Vibrio cholerae, la bactérie responsable du choléra, était bien plus efficace pour capturer la toxine produite par la bactérie avec la configuration « cis ». De plus, « les polymères allongés présentent une meilleure solubilité dans l'eau, ce qui est intéressant pour des applications telles que les gouttes oculaires ou les hydratants pour la peau », atteste Laura Kiessling.

Vue au microscope de mucus. © MIT

Reste à présent à plancher sur les glycanes à rattacher à ce squelette de polymères. Selon la composition des glycanes, les mucines agissent sur telle ou telle variété de microbes. Les chercheurs prévoient donc d'étudier différentes configurations pour développer les mucines synthétiques les plus efficaces possibles. Ce ne sera pas une mince affaire, quand on sait que le mucus peut comporter des centaines de glycanes différents.

Pour en savoir plus

Le mucus, la nouvelle arme contre les bactéries ?

Article de Janlou Chaput publié le 12/11/2012

Les mucus qui tapissent nos narines, nos bronches ou nos intestins contiennent des protéines, appelées mucines, aux propriétés antimicrobiennes. Elles empêchent les bactéries d'adhérer aux tissus, de se regrouper entre elles et de former des biofilms qui les protègent des médicaments. Ces molécules désarmeraient les pathogènes sans les tuer, évitant les risques de résistance.

Les bactéries sont connues comme des êtres unicellulaires. Cela ne veut pas dire pour autant qu'elles n'ont aucun instinct grégaire. Ainsi, il arrive dans certaines infections qu'elles se regroupent et tissent ensemble un biofilm protecteur, les mettant à l'abri des cellules du système immunitaire et des antibiotiques. Il devient alors difficile de les déloger.

Pour prévenir un tel dispositif, des chercheurs du MIT se sont inspirés des armes dont le corps dispose naturellement et ont focalisé leurs recherches sur... les mucus. Ce sont ces sécrétions visqueuses qui tapissent nos tractus respiratoire et digestif, comme la morve. En piégeant des microbes, ils constituent une barrière supplémentaire contre les infections.

D'après une étude publiée dans Current Biology, ces mucus pourraient être encore plus puissants que prévu. Certaines de leurs protéines, les mucines, empêcheraient la bactérie Pseudomonas aeruginosa d'adhérer aux tissus qu'elle veut infecter, rendant impossible l'agglomération de microbes et la synthèse de biofilms.

Les mucines contre les biofilms

Cette bactérie, pathogène opportuniste, est principalement responsable d'infections nosocomiales et résiste très bien aux traitements qu'on lui oppose. Dans cette expérience, elles ont été plongées dans un milieu de culture contenant des mucines purifiées et solubles. Il s'agit de protéines agrémentées de glucides.

Les biofilms ne sont pas que l'œuvre de bactéries, comme ici le staphylocoque doré. Algues et champignons unicellulaires en sont également capables. © Janice Carr, CDC, DP

Dans ces conditions, P. aeruginosa n'a jamais formé de biofilm, ni même d'agrégats, à cause des mucines. Même si les auteurs ignorent encore le mécanisme sous-jacent, ces bactéries n'ont jamais été capables d'adhérer à la surface du tissu et se retrouvaient à l'état libre et mobile. Dans cette situation, elles perdent beaucoup de leur pouvoir pathogène et offrent bien moins de résistance au système immunitaire et aux traitements médicamenteux.

Pour Katharina Ribbeck, qui a supervisé ce travail, « les mucines ont la capacité de supprimer la virulence bactérienne en séparant les cellules. C'est un peu comme quand on met ses enfants dans deux pièces différentes pour ne pas qu'ils commettent de bêtises ».

Du dentifrice au mucus, médicament d’avenir ?

Certaines personnes, du fait de l'âge, de la déshydratation, de chimiothérapies ou de maladies, manquent de mucosités, ce qui ouvre la voie à certaines infections. Les chercheurs espèrent donc aider ces gens en les supplémentant en mucines, par l'intermédiaire de dentifrices ou bains de bouches conçus dans ce but.

Ce procédé présenterait un avantage par rapport aux traitements actuels, qui posent problème. En effet, les phénomènes de résistance aux antibiotiques se font de plus en plus courants. Certaines souches bactériennes paraissent même insensibles à la totalité des médicaments qu'on leur propose. À force de les utiliser, seuls les pathogènes qui tolèrent les molécules actives survivent et se reproduisent. Ainsi, c'est l'ensemble de la population qui n'est plus affectée. C'est tout simplement un processus de sélection naturelle.

Or, les mucines ne tuent pas directement les bactéries, mais les désarment. Même si quelques-unes d'entre elles trouvent une parade contre ces protéines, elles ne seront pas les seules à survivre et les phénomènes de résistance aux médicaments devraient être plus modérés. En cumulant cette action à d'autres thérapies, par des virus par exemple, nous disposerions de nouveaux moyens pour lutter contre des infections.

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