O muco é mais do que apenas uma substância pegajosa: ele contém uma riqueza de moléculas poderosas chamadas mucinas, que ajudam a controlar micróbios e prevenir infecções. Em um novo estudo, pesquisadores do MIT identificaram mucinas que defendem contra a Salmonella e outras bactérias que causam diarreia.

Os pesquisadores agora esperam imitar esse sistema de defesa para criar mucinas sintéticas que podem ajudar a prevenir ou tratar doenças em soldados ou outras pessoas em risco de exposição à Salmonella . Também pode ajudar a prevenir a "diarreia do viajante", uma infecção gastrointestinal causada pelo consumo de alimentos ou água contaminados.

As mucinas são polímeros em forma de escova de garrafa, compostos por moléculas complexas de açúcar, conhecidas como glicanos, que estão ligadas a uma estrutura peptídica. Neste estudo, os pesquisadores descobriram que uma mucina chamada MUC2 desativa os genes que a Salmonella usa para entrar e infectar as células hospedeiras.

"Ao usar e reformatar esse motivo do sistema imunológico inato natural, esperamos desenvolver estratégias para prevenir a diarreia antes mesmo que ela comece. Essa abordagem pode fornecer uma solução de baixo custo para um grande desafio global de saúde que custa bilhões anualmente em perda de produtividade, despesas com saúde e sofrimento humano", afirma Katharina Ribbeck, Professora Andrew e Erna Viterbi de Engenharia Biológica no MIT e autora sênior do estudo.

A cientista pesquisadora do MIT Kelsey Wheeler PhD '21 e Michaela Gold PhD '22 são as principais autoras do artigo, que apareceu na terça-feira no periódico Cell Reports .

O muco reveste grande parte do corpo, fornecendo uma barreira física contra infecções, mas não é só isso. Na última década, Ribbeck identificou mucinas que podem ajudar a desarmá-lo , assim como a Vibrio cholerae , assim como a Pseudomonas aeruginosa , que pode infectar os pulmões e outros órgãos, e a levedura Candida albicans .

No novo estudo, os pesquisadores queriam explorar como as mucinas do trato digestivo podem interagir com a Salmonella enterica , um patógeno transmitido por alimentos que pode causar doenças após o consumo de alimentos crus ou malcozidos, ou água contaminada.

Para infectar células hospedeiras, a Salmonella precisa produzir proteínas que fazem parte do sistema de secreção tipo 3 (T3SS), que ajuda as bactérias a formar complexos em forma de agulha que transferem proteínas bacterianas diretamente para as células hospedeiras. Essas proteínas são todas codificadas em um segmento de DNA chamado ilha de patogenicidade 1 da Salmonella (SPI-1).

Os pesquisadores descobriram que, quando expuseram a Salmonella a uma mucina chamada MUC2, encontrada nos intestinos, as bactérias pararam de produzir as proteínas codificadas pelo SPI-1 e não conseguiram mais infectar as células.

Estudos posteriores revelaram que a MUC2 consegue isso desativando uma proteína bacteriana reguladora conhecida como HilD. Quando essa proteína é bloqueada por mucinas, ela não consegue mais ativar os genes T3SS.

Usando simulações computacionais, os pesquisadores demonstraram que certos monossacarídeos encontrados em glicanos, incluindo GlcNAc e GalNAc, podem se ligar a um sítio de ligação específico da proteína HilD. No entanto, seus estudos mostraram que esses monossacarídeos não conseguem desativar a HilD por conta própria — o desligamento só ocorre quando os glicanos estão ligados à estrutura peptídica da mucina.

Os pesquisadores também descobriram que uma mucina semelhante, chamada MUC5AC, encontrada no estômago, pode bloquear a HilD. E tanto a MUC2 quanto a MUC5AC podem desativar genes de virulência em outros patógenos transmitidos por alimentos que também usam a HilD como regulador genético.

Ribbeck e seus alunos agora planejam explorar maneiras de usar versões sintéticas dessas mucinas para ajudar a aumentar as defesas naturais do corpo e proteger o trato gastrointestinal da Salmonella e outras infecções.

Estudos de outros laboratórios mostraram que, em camundongos, a Salmonella tende a infectar partes do trato gastrointestinal que têm uma barreira de muco fina ou nenhuma barreira.

Uma maneira de utilizar mucinas sintéticas poderia ser adicioná-las aos sais de reidratação oral — misturas de eletrólitos que são dissolvidos em água e usados para tratar a desidratação causada por diarreia e outras doenças gastrointestinais.

Outra aplicação potencial para mucinas sintéticas seria incorporá-las a um comprimido mastigável que poderia ser consumido antes de viajar para áreas onde a Salmonella e outras doenças diarreicas são comuns. Esse tipo de "profilaxia pré-exposição" poderia ajudar a prevenir muito sofrimento e perda de produtividade devido a doenças, afirmam os pesquisadores.

“Os imitadores de mucina se destacariam particularmente como preventivos, porque é assim que o corpo desenvolve o muco — como parte desse sistema imunológico inato para prevenir infecções”, diz Wheeler.

A pesquisa foi financiada pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA, pelo Instituto de Biotecnologias Colaborativas do Exército dos EUA,  pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA, pelo Instituto Nacional de Saúde e Ciências Ambientais dos EUA, pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA e pela Fundação Alemã de Pesquisa.