Les glycanes contenus dans le mucus sont responsables de l'apprivoisement des microbes,

une étude révèle Plus de 200 mètres carrés de notre corps - y compris le tube digestif, poumons, et les voies urinaires - sont tapissées de mucus. Dans les années récentes, les scientifiques ont trouvé des preuves que le mucus n'est pas seulement une barrière physique qui piège les bactéries et les virus, mais il peut également désarmer les agents pathogènes et les empêcher de provoquer des infections.

Une nouvelle étude du MIT révèle que les glycanes - des molécules de sucre ramifiées trouvées dans le mucus - sont responsables de la majeure partie de cet apprivoisement des microbes. Il y a des centaines de glycanes différents dans le mucus, et l'équipe du MIT a découvert que ces molécules peuvent empêcher les bactéries de communiquer entre elles et de former des biofilms infectieux, les rendant effectivement inoffensifs.

Ce que nous avons dans le mucus est une mine d'or thérapeutique. Ces glycanes ont des fonctions biologiques très larges et sophistiquées. Ils ont la capacité de réguler le comportement des microbes et de vraiment ajuster leur identité."

Katharina Ribbeck, le Mark Hyman, Professeur Jr. Développement de carrière en génie biologique au MIT

Dans cette étude, qui apparaît aujourd'hui dans Microbiologie naturelle , les chercheurs se sont concentrés sur les interactions des glycanes avec Pseudomonas aeruginosa , un agent pathogène opportuniste qui peut provoquer des infections chez les patients atteints de mucoviscidose et les personnes dont le système immunitaire est affaibli. Les travaux en cours dans le laboratoire de Ribbeck ont ​​montré que les glycanes peuvent également réguler le comportement d'autres microbes.

L'auteur principal du Microbiologie naturelle papier est Kelsey Wheeler, étudiante diplômée du MIT.

De puissants défenseurs

La personne moyenne produit plusieurs litres de mucus par jour, et jusqu'à récemment, on pensait que ce mucus fonctionnait principalement comme un lubrifiant et une barrière physique. Cependant, Ribbeck et d'autres ont montré que le mucus peut en fait interférer avec le comportement bactérien, empêchant les microbes de se fixer aux surfaces et de communiquer entre eux.

Dans la nouvelle étude, Ribbeck voulait tester si les glycanes étaient impliqués dans la capacité du mucus à contrôler le comportement des microbes. Ces molécules de sucre, un type d'oligosaccharide, s'attacher à des protéines appelées mucines, les blocs de construction gélifiants du mucus, pour former une structure semblable à un goupillon. Les glycanes associés au mucus ont été peu étudiés, mais Ribbeck pensait qu'ils pourraient jouer un rôle majeur dans l'activité de désactivation des microbes qu'elle avait précédemment observée à partir du mucus.

Pour explorer cette possibilité, elle a isolé des glycanes et les a exposés à Pseudomonas aeruginosa . Lors de l'exposition aux mucines glycanes, les bactéries ont subi de larges changements de comportement qui les ont rendues moins nocives pour l'hôte. Par exemple, ils ne produisent plus de toxines, attaché à ou tué des cellules hôtes, ou des gènes exprimés essentiels à la communication bactérienne.

Cette activité de désarmement microbien a eu des conséquences puissantes sur la capacité de cette bactérie à établir des infections. Ribbeck a montré que le traitement des brûlures infectées par Pseudomonas avec des mucines et des mucines glycanes réduit la prolifération bactérienne, indiquant le potentiel thérapeutique de ces agents neutralisant la virulence.

"Nous avons vu que les mucines intactes ont des effets régulateurs et peuvent provoquer des changements de comportement chez toute une gamme d'agents pathogènes, mais maintenant nous pouvons identifier le mécanisme moléculaire et les entités qui en sont responsables, quels sont les glycanes, " dit Ribbeck.

Dans ces expériences, les chercheurs ont utilisé des collections de centaines de glycanes, mais ils prévoient maintenant d'étudier les effets des glycanes individuels, qui peuvent interagir spécifiquement avec différentes voies ou différents microbes.

Interactions bactériennes

Pseudomonas aeruginosa n'est qu'un des nombreux agents pathogènes opportunistes que le mucus sain contrôle. Ribbeck étudie maintenant le rôle des glycanes dans la régulation d'autres agents pathogènes, dont Streptococcus et le champignon Candida albicans, et elle travaille également à l'identification de récepteurs sur les surfaces cellulaires microbiennes qui interagissent avec les glycanes.

Ses travaux sur Streptococcus ont montré que les glycanes peuvent bloquer le transfert horizontal de gènes, un processus que les microbes utilisent souvent pour propager les gènes de résistance aux médicaments.

Ribbeck et d'autres chercheurs sont maintenant intéressés à utiliser ce qu'ils ont appris sur les mucines et les glycanes pour développer du mucus artificiel, qui pourrait offrir une nouvelle façon de traiter les maladies dues à la perte ou à un défaut de mucus.

Exploiter les pouvoirs du mucus pourrait également conduire à de nouvelles façons de traiter les infections résistantes aux antibiotiques, car il offre une stratégie complémentaire aux antibiotiques traditionnels, dit Ribbeck.

"Ce que nous trouvons ici, c'est que la nature a développé la capacité de désarmer les microbes difficiles, au lieu de les tuer. Cela permettrait non seulement de limiter la pression sélective pour développer une résistance, parce qu'ils ne sont pas sous pression pour trouver des moyens de survivre, mais cela devrait aussi aider à créer et à maintenir un microbiome diversifié, " elle dit.

Ribbeck soupçonne que les glycanes dans le mucus jouent également un rôle clé dans la détermination de la composition du microbiome - les milliards de cellules bactériennes qui vivent à l'intérieur du corps humain. Beaucoup de ces microbes sont bénéfiques pour leurs hôtes humains, et les glycanes peuvent leur fournir les nutriments dont ils ont besoin, ou en les aidant à s'épanouir, elle dit. De cette façon, les glycanes associés au mucus sont similaires aux nombreux oligosaccharides présents dans le lait maternel, qui contient également un large éventail de sucres qui peuvent réguler le comportement des microbes.

"C'est un thème qui est probablement en jeu dans de nombreux systèmes où le but est de façonner et de manipuler les communautés à l'intérieur du corps, pas seulement chez l'homme mais dans tout le règne animal, " dit Ribbeck.

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