Le séquençage génomique de l'ADN ancien éclaire les origines de la peste

«Le séquençage génomique de l'ADN ancien éclaire les origines de la peste», source ASM News. du 19 janvier 2022, via Elise Phillips.

La peste noire (1346-1353) est l'une des épidémies historiques les plus largement reconnues de maladie pandémique. Elle a été causée par la bactérie Yersinia pestis, dont on pense généralement qu'elle s'est propagée à l'homme par des puces vivant sur de petits rongeurs, un modèle de transmission extrapolé à partir de la compréhension scientifique de la transmission moderne de Y. pestis et de la manifestation de la maladie. À ce jour, il y a eu 3 pandémies à Y. pestis vérifiées par ADN (la peste justinienne, la peste noire et la peste moderne) au cours de l'histoire enregistrée. Cependant, l'ADN ancien suggère que ce ne sont pas les seuls cas du micro-organisme qui afflige les humains, et les données indiquent que d'autres vecteurs ont probablement joué un rôle dans la transmission de la maladie à travers l'histoire.

Chronologie des épidémies de peste à travers l'histoire. Source Élise Phillips.

Identification de Y. pestis.

À la fin du XVIIIe siècle, lorsqu'une maladie bubonique est réapparue, elle a atteint une diffusion mondiale. La réémergence a coïncidé avec l'acceptation généralisée de la théorie des germes et a préparé les scientifiques du monde entier à la découverte de Y. pestis.

En 1894, cette maladie familière, mais non identifiée, se propageait dans tout Hong Kong, et un certain nombre de scientifiques ont convergé vers la ville pour tenter d'identifier l'agent causal de «l'épidémie de Hong Kong». En utilisant les postulats de Koch et la microscopie optique, Alexandre Yersin et Shibasaburo Kitasato ont décrit indépendamment Y. pestis comme la cause microbiologique de l'épidémie, et Alexandre Yersin a lié les rats au cycle de transmission peu de temps après.

Un an plus tard, Masanori Ogata et Paul-Louis Simond ont simultanément identifié la puce du rat noir, Xenopsylla cheopsis, comme principal vecteur de transmission entre les rats noirs et l'homme. Yersin a alors émis l'hypothèse que Y. pestis était la cause de nombreux fléaux historiques, y compris la peste noire et la peste justinienne, qui avaient des descriptions écrites similaires. Cependant, d'autres hypothèses sur l'agent causal sont restées et étaient difficiles à contester jusqu'à ce que les approches moléculaires, y compris la PCR, associent de manière concluante Y. pestis à la peste noire. Voie de transmission proposée pour Yersinia pestis.

Voie de transmission proposée
de Y. pestis   Source Wikimedia

Avec plus de données viennent plus de questions

Comme pour d'innombrables autres sous-domaines de la microbiologie, le séquençage de nouvelle génération a provoqué des changements sismiques dans notre compréhension de Y. pestis et a mis en évidence un certain nombre de divergences qui ont encouragé une étude plus approfondie. Y. pestis moderne contient le gène ymt qui lui permet d'être maintenu de manière stable dans l'intestin de la puce et transmis à l'hôte humain via une transmission dépendante du biofilm. Dans cette méthode de transmission, Y. pestis crée un biofilm qui bloque la fonction normale dans l'intestin de la puce et altère sa capacité à se nourrir, ce qui entraîne une piqûre de puce plus régulière et un mélange de la bactérie avec le sang de l'hôte au niveau de la morsure. De manière inattendue, les génomes séquencés de Y. pestis collectés à partir de restes squelettiques d’anciennes victimes de la peste sont dépourvus du gène ymt.

Les paléomicrobiologistes ont isolé l'ADN génomique de Y. pestis de la pulpe dentaire il y a 5 000 ans, ce qui indique que Y. pestis est associé aux humains depuis bien plus longtemps que prévu. L'absence du gène ymt laisse une question ouverte sur l'origine et le degré de virulence de Y. pestis précoce et suggère que d'autres vecteurs pourraient avoir été impliqués dans la propagation de Y. pestis dans les populations anciennes. D'autres vecteurs proposés incluent Pediculus humanus, le pou du corps humain, et Pulex irritans, la puce humaine. Ces organismes vivent tous deux en étroite association avec les humains, sont connus pour être porteurs de Y. pestis pendant les épidémies de peste et transmettre Y. pestis viable dans leurs excréments qui peuvent être grattés dans la peau. Les schémas de transmission de ces vecteurs reflètent également plus étroitement ceux observés lors de la deuxième pandémie.

De plus, la plupart des échantillons cliniques de Y. pestis sont presque clonaux, ce qui suggère un ancêtre commun unique et une faible variabilité dans les populations naturelles. Cependant, des échantillons anciens indiquent qu'une grande diversité était autrefois présente. Alors que certains isolats de l'âge du bronze n’ont pas le gène ymt, le gène ymt a été détecté dans d'anciens échantillons d'ADN récupérés à partir de restes russes du début de l’âge du bronze, ce qui suggère que plusieurs souches peuvent avoir circulé simultanément. Cette variabilité du gène ymt suggère que différentes régions peuvent avoir connu différents modes de transmission primaires et peut-être même une légère variation dans la manifestation de la maladie.

Enfin, malgré l'importance d'autres gènes pour l’infection à Y. pestis, le gène ymt a historiquement recueilli le plus d'études dans le séquençage, il est donc difficile de prédire le plein impact de la diversité des souches sur les résultats historiques des maladies humaines. Les variations nucléotidiques observées dans les génomes d'anciennes souches provenant de sépultures néolithiques et de l'âge du bronze indiquent la présence d'événements de diversification qui ont conduit à de nouvelles souches qui se sont propagées dans différentes régions. Ces preuves suggèrent qu'au fil du temps, de nombreuses souches se sont éteintes tandis que d'autres ont évolué pour devenir la souche actuelle. La cartographie de ces variations a permis de générer des hypothèses sur les voies de distribution mondiale.

La peste à Florence en 1348. Source.

Questions en suspens et travaux futurs

Le séquençage de nouvelle génération d'anciens échantillons d'ADN prélevés sur des victimes de la peste a fait progresser la compréhension scientifique de l'origine et de la transmission de l'une des maladies infectieuses les plus notoires connues de l'humanité. Malgré ces avancées dans les connaissances, de nombreuses questions concernant Y. pestis restent encore en suspens. En raison du séquençage limité de Y. pestis en dehors de l'Europe, la compréhension de la manière dont les changements génotypiques pourraient être associés ou impactés par les périodes de latence entre les épidémies et la réémergence de la maladie pour chaque période pandémique est incomplète. Un séquençage plus robuste en Afrique et en Asie permettra aux scientifiques de commencer à remplir ces délais. Des travaux supplémentaires sont axés sur la découverte du rôle des réservoirs du sol de Y. pestis, y compris l'amibe qui peut héberger la bactérie pendant les périodes de repos entre les épidémies. Répondre à ces questions contribuera à éclairer notre compréhension du temps d'arrêt entre les vagues d'infections et à nous préparer aux futures pandémies.

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