La mélanine est le pigment naturel qui détermine la couleur de la peau et des cheveux humains, et elle est responsable de la coloration d'innombrables animaux, depuis les motifs des ailes des oiseaux jusqu'à la fourrure des mammifères.
Bien que la fonction principale de la mélanine soit physiologique, les scientifiques explorent de plus en plus son potentiel dans des secteurs tels que la protection solaire, la science des matériaux et la biomédecine.
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La mélanine est produite par les mélanocytes situés dans la couche basale de l'épiderme. Les deux principaux types sont l’eumélanine (brun foncé/noir) et la phéomélanine (jaune rougeâtre). La formule moléculaire du pigment est C18 H10 N2 O4 (poids moléculaire 318,3 g/mol). Les personnes à la peau plus foncée n’ont pas plus de mélanocytes; au lieu de cela, leurs mélanocytes expriment des niveaux plus élevés de gènes qui pilotent la synthèse de mélanine, ce qui entraîne plus de pigment par cellule.
Sous l’exposition aux UV, les mélanocytes augmentent à la fois le nombre et la taille des granules de mélanine, permettant ainsi à la peau de bronzer. Les variations génétiques dans la production de mélanine expliquent pourquoi de nombreux Européens du Nord ne peuvent pas bronzer et ont une tolérance réduite aux rayons UV.
Le rôle principal de la mélanine est de protéger la peau des rayons ultraviolets (UV), un cancérigène bien connu qui peut provoquer le mélanome. Aux États-Unis, environ 54 000 personnes reçoivent un diagnostic de mélanome chaque année et environ 8 000 en meurent. L'incidence du mélanome est environ dix fois plus élevée chez les individus d'ascendance européenne que chez les Afro-Américains.
L'albinisme, une maladie héréditaire qui réduit considérablement la mélanine, rend les individus beaucoup plus vulnérables aux dommages causés par les UV, soulignant l'importance protectrice de la mélanine.
La migration humaine des environnements forestiers vers des paysages ouverts et éclairés par le soleil a accru l’exposition aux UV. Pour y faire face, les premiers humains ont développé une plus grande densité de glandes sudoripares et une pilosité réduite, ce qui a laissé la peau plus exposée. Le compromis évolutif a été une production accrue de mélanine sous les latitudes tropicales, améliorant ainsi la protection contre les UV.
Cependant, des niveaux élevés de mélanine peuvent entraver la conversion cutanée des précurseurs de la vitamine D, conduisant potentiellement à une carence en vitamine D. Une quantité adéquate de vitamine D est essentielle à l'absorption du calcium et du phosphore, à la santé des os et peut réduire certains risques de cancer.
En 2017, des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego ont reçu une subvention de 7,5 millions de dollars pour étudier la chimie de la mélanine et explorer des analogues synthétiques qui pourraient offrir à des matériaux non biologiques des propriétés de protection UV similaires. De telles avancées pourraient prolonger la durée de vie des peintures, des plastiques et des panneaux solaires, répondant ainsi aux préoccupations largement répandues concernant la dégradation par les UV.
À mesure que la recherche approfondit notre compréhension des voies de synthèse et des mécanismes de protection de la mélanine, le potentiel de ce pigment s'étend au-delà de la biologie pour atteindre des solutions technologiques de pointe.