L'ADN ancien repousse de 3'000 ans l'apparition des bactéries responsables de la maladie à tréponème

Des scientifiques ont réussi à reconstituer le génome de Treponema pallidum – la bactérie dont les sous-espèces sont aujourd'hui responsables de quatre maladies tréponémiques, dont la syphilis – à partir de restes humains âgés de 5’500 ans découverts à Sabana de Bogotá, en Colombie. Ces analyses élargissent les connaissances sur l'histoire de ces maladies infectieuses et leur présence dans les populations humaines. Les résultats ont été publiés dans la revue Science.

Le squelette a été mis au jour lors de fouilles archéologiques menées dans un abri sous roche situé près de Bogotá, en Colombie, et datant d'environ 5’500 ans. La découverte repousse de plus de 3’000 ans l'histoire génétique de cette espèce pathogène, renforçant ainsi les preuves que ces infections circulaient dans les Amériques depuis bien plus longtemps qu'on ne le pensait auparavant.

« Nos résultats montrent le potentiel unique de la paléogénomique pour contribuer à notre compréhension de l'évolution des espèces et des risques potentiels pour la santé des communautés passées et présentes », déclare le généticien Lars Fehren-Schmitz de l'Université de Californie à Santa Cruz.

Que sont les maladies tréponémiques ?

Treponema pallidum est une bactérie en forme de spirale qui existe aujourd'hui sous trois variantes étroitement apparentées, chacune responsable d'une maladie différente : la syphilis, le pian et le bejel. Une quatrième maladie tréponémique, la pinta, est causée par Treponema carateum ou Treponema pallidum subsp. carateum, mais aucun génome de ce pathogène n'a encore été découvert, ce qui jette le doute sur ses relations phylogénétiques et sa classification taxonomique.

Bien que les trois sous-espèces de T. pallidum soient presque identiques sur le plan génétique, les scientifiques ne savent pas quand ni comment les différentes formes de la maladie sont apparues. Certaines données existent sur l'histoire évolutive des agents pathogènes, mais il subsiste des lacunes importantes entre ce que révèlent les restes squelettiques et ce que la génétique peut confirmer.

Dans le cadre de cette étude, l'équipe de recherche a démontré que l'ADN ancien récupéré appartient à l'espèce Treponema pallidum, mais qu'il ne correspond à aucune des formes génétiquement connues qui causent la maladie aujourd'hui. Les scientifiques ont montré que, bien qu’étroitement apparentée, cette lignée s'est séparée très tôt dans l'arbre évolutif.

« Une possibilité est que nous ayons découvert une forme ancienne de l'agent pathogène responsable de la pinta, une maladie encore mal connue, mais dont on sait qu’elle est endémique en Amérique centrale et en Amérique du Sud et qu’elle provoque des symptômes localisés sur la peau », explique Anna-Sapfo Malaspinas de l'Université de Lausanne et cheffe de groupe à l'Institut suisse de bioinformatique (SIB). « À l'heure actuelle, nous ne pouvons pas prouver que c'est le cas, mais c'est une piste qui mérite d'être approfondie. »

Les scientifiques estiment que cette souche ancienne s'est séparée des autres lignées de T. pallidum il y a environ 13’700 ans. En comparaison, les trois sous-espèces modernes ont divergé beaucoup plus récemment, il y a environ 6’000 ans, ce qui correspond aux recherches précédentes. Ces découvertes apportent un nouvel éclairage sur la diversité de ces agents pathogènes dans le passé et servent de référence pour comprendre quand ils ont commencé à se diversifier.

« Les preuves génomiques actuelles, ainsi que notre génome présenté ici, ne résolvent pas le débat de longue date sur l'origine des syndromes pathologiques eux-mêmes. Par contre, elles montrent qu'il existe une longue histoire évolutive des agents pathogènes tréponémiques qui se diversifiaient déjà en Amérique des milliers d'années plus tôt que ce que l'on savait auparavant », souligne Elizabeth Nelson, anthropologue moléculaire et paléopathologiste à la SMU.

Une énigme génétique

Comprendre comment les maladies tréponémiques sont apparues et comment les agents pathogènes ont évolué est étonnamment compliqué, car les bactéries sont presque identiques sur le plan génétique, mais elles se transmettent différemment et peuvent varier dans leur présentation clinique.

« Nos résultats repoussent l'association entre T. pallidum et les humains de plusieurs milliers d'années, peut-être même à plus de 10’000 ans, à la fin du Pléistocène », explique Davide Bozzi, chercheur à l'Université de Lausanne et à l'Institut suisse de bioinformatique (SIB).

Cette révélation s'appuie sur des années de recherche collaborative en archéologie et en génomique sur le site de Tequendama 1. L'archéologue Miguel Delgado, de l'Universidad Nacional de La Plata en Argentine, et Lars Fehren-Schmitz avaient déjà publié des travaux apportant des informations détaillées sur le squelette.

La découverte est survenue de manière inattendue. Les chercheurs avaient initialement séquencé l'ADN de l'individu afin d'étudier l'histoire des populations humaines, générant 1,5 milliard de fragments de données génétiques – soit bien davantage que dans le cadre d'études classiques. Lors de l'analyse des données, les équipes des universités de Californie à Santa Cruz et de Lausanne ont détecté indépendamment T. pallidum et ont ensuite uni leurs forces pour approfondir l'enquête. L'ADN bactérien ne représentait qu'une infime partie du matériel génétique, mais le séquençage exceptionnellement approfondi a permis aux scientifiques de reconstruire le génome sans avoir recours aux techniques spécialisées habituellement nécessaires.

Les trois maladies causées par T. pallidum – le bejel, le pian et la syphilis – peuvent laisser des traces sur les os, mais uniquement à certains stades et pas chez toutes les personnes infectées. La majorité des génomes anciens de T. pallidum ont été récupérés à partir des dents ou des os d’individus présentant des signes évidents d'infection, alors que ce squelette n'en montrait aucun. Les chercheurs ont prélevé un échantillon sur le tibia, un élément du squelette qui n'est généralement pas utilisé pour l'extraction d'ADN ancien. Cette approche s'est avérée fructueuse, suggérant que même les os ne présentant aucun signe visible de maladie peuvent constituer des sources précieuses d'ADN d'agents pathogènes.

Les scientifiques estiment que comprendre comment les maladies infectieuses sont apparues et ont évolué dans le passé pourrait permettre de mieux anticiper leurs évolutions futures et d’aider les sociétés à s’y préparer.

Avant de publier leurs résultats, les chercheurs les ont partagés avec les communautés colombiennes, reconnaissant l'importance de cette découverte pour l'histoire médicale du pays. Ils ont consulté des universitaires, des étudiants et des membres de la communauté locale, et ont échangé avec les parties prenantes par le biais de présentations et d'entretiens. L'équipe a également obtenu toutes les autorisations nécessaires à l'exportation et à l'étude des échantillons.

« Ce processus était essentiel, car les résultats sont étroitement liés à l'histoire médicale et culturelle de la Colombie », insiste M. Delgado. « La participation d'universitaires, d'étudiants et de membres des communautés autochtones et non autochtones garantit que les résultats sont communiqués et interprétés de manière éthique, en partenariat avec les communautés locales. Cette approche renforce la confiance, favorise une gestion responsable des découvertes sensibles et renforce l'appropriation locale des connaissances. »

Outre Nelson, Bozzi, Malaspinas, Delgado et Fehren-Schmitz, Nasreen Broomandkhoshbacht, aujourd'hui à l'Université du Vermont, a également codirigé la recherche, en collaboration avec Kalina Kassadjikova de l'Université de Californie à Santa Cruz ; Jane Buikstra de l'Université d'État de l'Arizona ; Carlos Eduardo G. Amorim de l'Université d'État de Californie à Northridge ; Melissa Estrada Pratt de l'Instituto Colombiano de Antropología e Historia à Bogotá, en Colombie ; Gilbert Greub de l'Université de Lausanne et du Centre hospitalier universitaire vaudois ; Nicolas Rascovan de l'Institut Pasteur à Paris ; et David Šmajs de l'Université Masaryk en République tchèque.

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