De nouvelles réponses à la broche soulèvent plus de questions sur la broche

La mucine, un élément clé de la salive, est extrêmement douée pour évoluer

La salive est une technologie ancienne. Il serait parfaitement raisonnable de supposer que, comme les cœurs ou les épines, il a évolué de manière divergente – un héritage d’un seul ancêtre primordial qui a évolué en crachant afin de mieux digérer tout ce qu’il a mis dans sa bouche, puis a prospéré et s’est largement reproduit en conséquence.

C’est vrai. Mais pas toujours. Un nouvel article publié cette semaine dans Avancées scientifiques prouve ce que l’on soupçonnait depuis longtemps – la salive a également évolué de manière convergente, à peu près de la même manière que le vol. Tout comme les oiseaux, les chauves-souris, les ptérosaures et les insectes sont le résultat de différentes créatures développant la capacité de se lancer dans les airs et de ne pas tomber immédiatement au sol, la salive – ou, plus précisément les mucines qu’elle contient, qui sont une source clé de la viscosité de la salive – a évolué indépendamment des autres protéines, maintes et maintes fois.

Cette découverte est le résultat de près d’une décennie de collaboration qui a commencé lorsque Omer Gokcumen, un anthropologue évolutionniste, a téléphoné à Stefan Ruhl, professeur de biologie buccale à l’Université de Buffalo School of Dental Medicine.

Gokcumen avait récemment commencé à enseigner à l’université. Il était obsédé par la façon dont les gènes évoluent, et dans le travail de Ruhl, il a vu des signes de ce qu’il espérait être une opportunité inexplorée d’étudier l’impact de la duplication des gènes. Ruhl a étudié la santé bucco-dentaire, la façon dont elle s’est développée et la façon dont elle pouvait terriblement mal tourner lorsqu’elle se croisait avec une infection bactérienne, une chimiothérapie ou d’autres facteurs. Mais il avait également publié une comparaison des protéomes salivaires humains, chimpanzés et gorilles dans la revue Biologie moléculaire et évolution (Ruhl a été surpris de constater que si les humains et les grands singes partagent 98 % de leur génome, leur salive ne se ressemble pas du tout). Lorsque les deux ont commencé à travailler ensemble, c’était le début d’un beau partenariat. « Fondamentalement, de formation, je suis dentiste », explique Ruhl. « Plus tard, je suis devenu biologiste buccal, mais il y a un long chemin à parcourir pour combler le fossé entre notre discipline et la génétique évolutive. J’ai puisé dans un domaine totalement nouveau, que j’apprécie beaucoup.

Leurs deux laboratoires ont uni leurs forces et ont commencé des recherches sur des mystères comme l’évolution de l’alpha-amylase – qui aide les humains (et les chiens et les souris) à digérer les féculents – et comment une mucine connue sous le nom de Muc7 a peut-être évolué chez un ancêtre disparu de l’homme moderne plusieurs centaines de milliers il y a des années. Cette étude récente a commencé par la collecte d’échantillons de salive de 49 espèces de mammifères par l’équipe via la « bave passive ». Jun Qu, professeur de sciences pharmaceutiques qui dirige le laboratoire d’analyse protéomique de l’Université de Buffalo, et le doctorant Sichen Shen ont analysé les échantillons à l’aide d’un spectromètre de masse. Ensuite, Gokcumen et un autre doctorant, Petar Pajic, ont croisé les résultats avec les génomes enregistrés au National Center for Biotechnology Information.

C’était le genre de recherche qui aurait été d’un coût prohibitif il y a quelques années à peine. « Disons que nous allons dans une forêt tropicale pour trouver une nouvelle espèce de grenouille », explique Gokcumen. « C’était des milliards de dollars ou des centaines de millions de dollars pour assembler le génome il y a 20 ans. Maintenant, c’est environ 10 000 $, moins les coûts de main-d’œuvre.

L’équipe a constaté que dans 15 cas, de nouvelles mucines semblaient avoir évolué indépendamment. Plusieurs espèces, comme les phoques et les chameaux, ont développé plus d’une fois de nouvelles mucines dans leur salive. Les furets semblent avoir développé de nouvelles mucines au moins quatre fois, ce qui peut être lié au fait qu’en tant que carnivores, ils ont une salive extrêmement riche en mucines par rapport à celle des espèces herbivores ou omnivores. « Il se passe quelque chose qui les fait évoluer vers ce » mucinome « beaucoup plus riche si vous voulez », déclare Gokcumen, avant de refuser de spéculer davantage.

La recherche sur les mucines est plus compliquée que de nombreuses autres formes de travail en laboratoire : les molécules sont indisciplinées, blobby et ont tendance à obstruer les pipettes de laboratoire. Ils occupent également une partie répétitive du génome. Gokcumen compare le séquençage d’un génome à un puzzle représentant un paysage ; les scientifiques ont d’abord cartographié les sections les plus distinctives et sont maintenant coincés dans un ciel bleu presque sans relief. Ce ciel bleu est enfin en train d’être assemblé – le génome humain entier, du télomère au télomère, n’a été publié qu’en avril de cette année.

Au cours des dernières années, de plus en plus de recherches ont montré que l’évolution convergente est plus courante qu’on ne le pense – les organismes héritent de gènes de génération en génération, mais ils dialoguent également avec leur environnement. En tant qu’interface importante entre le corps et le monde extérieur, les gènes de la mucine peuvent être particulièrement sujets à une évolution convergente, ce qui en fait peut-être l’une des catégories de gènes évoluant le plus rapidement.

Si vous êtes un être sensible, il y a de fortes chances que les mucines recouvrent presque toutes les parties de vous, de la bouche au globe oculaire, des voies respiratoires au tube digestif et aux organes génitaux. Ils agissent comme un intermédiaire entre votre personne et tout ce que le monde lui lance ; médier la signalisation entre les cellules épithéliales qui recouvrent votre peau, vos organes et vos veines ; et généralement lisser les choses.

En tant que dentiste, Ruhl a vu à quel point la vie peut être horrible lorsque leur travail est interrompu. Les patients qui n’ont pas suffisamment de mucines dans leur salive ont du mal à manger, à avaler et même à parler. Leurs dents se désagrègent avec le temps. La salive artificielle est en quelque sorte un Saint Graal – la vraie version saine est composée de milliers de protéines qui protègent la bouche et la gorge des agressions microbiennes – et les versions actuellement sur le marché sont des gels inefficaces mélangés à des électrolytes. « Celui qui invente cela deviendra très riche », dit Ruhl, de la broche bio-ingénierie.

Pourtant, les mucines ne reçoivent pas le respect qu’elles méritent. Ruhl comprend que plus de cent ans de découvertes scientifiques, remontant à l’époque où Robert Koch a découvert que la bactérie de la tuberculose pouvait être transmise par les fluides corporels, ont donné une mauvaise réputation à la salive. Mais à mesure que la science évolue, la compréhension évolue également. « Slime est icky, OK », dit Ruhl. «Je le rencontre en tant que dentiste. Les gens ont honte d’ouvrir la bouche. Le professionnel dentaire est méprisé parce que nous travaillons dans un environnement tellement dégoûtant. Personne ne veut ça. Et pourtant, le mucus est la substance la plus merveilleuse au monde.