Une étude révèle comment la morve facilite l'infection

Les reniflements, les reniflements et les coups de nez qui coule sont les caractéristiques de la saison du rhume et de la grippe – et cette augmentation de mucus est exactement ce que les bactéries utilisent pour lancer une attaque coordonnée contre le système immunitaire, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State. L’équipe a découvert que plus le mucus est épais, plus les bactéries sont capables de pulluler. Les résultats pourraient avoir des implications pour les traitements réduisant la capacité des bactéries à se propager.

L'étude, récemment publiée dans la revue Nexus PNAS, démontre comment les bactéries utilisent le mucus pour améliorer leur capacité à s'auto-organiser et éventuellement à provoquer une infection. Les expériences, réalisées avec du mucus gastrique synthétique de porc, du mucus cervical naturel de vache et un composé polymère hydrosoluble appelé polyvidone, ont révélé que les bactéries coordonnent mieux leurs mouvements dans un mucus épais que dans des substances aqueuses.

Les résultats donnent un aperçu de la façon dont les bactéries colonisent le mucus et les surfaces muqueuses, ont indiqué les chercheurs. Les résultats montrent également comment le mucus améliore le mouvement collectif bactérien, ou essaimage, ce qui peut augmenter la résistance des colonies bactériennes aux antibiotiques.

“Au meilleur de nos connaissances, notre étude est la première démonstration de bactéries nageant collectivement dans le mucus”, a déclaré Igor Aronson, professeur titulaire de la chaire Huck de génie biomédical, de chimie et de mathématiques à Penn State et auteur correspondant de l'article. “Nous avons montré que le mucus, contrairement aux liquides de consistance similaire, améliore le comportement collectif.”

Le mucus est essentiel à de nombreuses fonctions biologiques, a expliqué Aronson. Il tapisse les surfaces des cellules et des tissus et protège contre les agents pathogènes tels que les bactéries, les champignons et les virus. Mais c’est également le matériel hôte d’infections d’origine bactérienne, notamment de maladies sexuellement transmissibles et gastriques. Selon Aronson, une meilleure compréhension de la manière dont les bactéries pullulent dans le mucus pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies de lutte contre les infections et au problème croissant de la résistance aux antibiotiques.

“Nos résultats démontrent comment la consistance du mucus affecte le mouvement aléatoire de bactéries individuelles et influence leur transition vers un mouvement collectif coordonné de grands groupes bactériens”, a déclaré Aronson. “Il existe des études démontrant que le mouvement collectif ou l'essaimage de bactéries améliorent la capacité des colonies bactériennes à repousser l'effet des antibiotiques. L'apparition du comportement collectif étudié dans nos travaux est directement liée à l'essaimage.”

Le mucus est une substance notoirement difficile à étudier car elle présente des propriétés à la fois liquides et solides, a expliqué Aronson. Les liquides sont généralement décrits par leur niveau de viscosité, leur épaisseur ou leur fluidité, et les solides sont décrits par leur élasticité, la force qu'ils peuvent supporter avant de se briser. Le mucus, un fluide viscoélastique, se comporte à la fois comme un liquide et un solide.

Pour mieux comprendre comment le mucus s'infecte, l'équipe a utilisé des techniques d'imagerie microscopique pour observer le mouvement collectif de la bactérie concentrée Bacillus subtilis dans le mucus gastrique synthétique de porc et le mucus cervical naturel de vache. Ils ont comparé ces résultats avec des observations de Bacillus subtilis se déplaçant dans une polyvidone polymère soluble dans l'eau à une large gamme de concentrations, allant de niveaux élevés à faibles de polyvidone. Les chercheurs ont également comparé leurs résultats expérimentaux à un modèle informatique du mouvement collectif bactérien dans des fluides viscoélastiques comme le mucus.

L’équipe a découvert que la consistance du mucus affecte profondément le comportement collectif des bactéries. Les résultats ont indiqué que plus le mucus est épais, plus les bactéries sont susceptibles de présenter un mouvement collectif, formant un essaim coordonné.

“Nous avons pu montrer comment la viscoélasticité du mucus améliore l'organisation bactérienne, ce qui conduit à un déplacement cohérent des groupes bactériens responsables de l'infection”, a déclaré Aronson. “Nos résultats révèlent que les niveaux d'élasticité et de viscosité du mucus sont un facteur majeur dans la manière dont les communautés bactériennes s'organisent, ce qui peut donner un aperçu de la manière dont nous pouvons contrôler et prévenir l'invasion bactérienne du mucus.”

Aronson a expliqué que l'équipe s'attend à ce que le mucus humain présente des propriétés physiques similaires, ce qui signifie que leurs découvertes sont également pertinentes pour la santé humaine.

“Le début du mouvement collectif des bactéries et leur interaction avec le mucus devraient être les mêmes que dans le mucus de vache, de porc ou humain puisque ces substances ont des propriétés mécaniques similaires”, a déclaré Aronson. “Nos résultats ont des implications pour la santé humaine et animale. Nous montrons que la viscoélasticité du mucus peut améliorer le mouvement collectif à grande échelle des bactéries, ce qui peut accélérer la rapidité avec laquelle les bactéries pénètrent dans la barrière protectrice du mucus et infectent les tissus internes.”