Réservoirs animaux précoces de zoonoses

La chercheuse principale Anne Kathrine W. Runge extrait de l'ADN dans la salle blanche de l'Institut Max-Planck pour la biologie de l'infection, afin d'éviter toute contamination de l'ADN rare provenant de restes animaux archéologiques. © Christian Denkhaus / Institut Max-Planck pour la biologie de l'infection

Restes d'animaux étudiés au Deutsches Archäologisches Institut pour des lésions paléopathologiques. © Anne K. W. Runge / Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie

L'étude examine les agents pathogènes zoonotiques dans la Bronze eurasiatique, une période d'intenses migrations et d'introduction de l'élevage, qui ont favorisé la transmission de pathogènes animaux à l'homme. Une équipe internationale a analysé 346 échantillons (de préférence provenant d'animaux domestiqués) provenant de 34 sites archéologiques. La majorité des analyses portaient sur des os présentant des lésions paléopathologiques et des dents, afin de détecter des traces d'ADN d'infections précoces. Grâce à des méthodes sensibles, les chercheurs ont identifié des agents pathogènes tels que Streptococcus lutetiensis et Erysipelothrix rhusiopathiae, ce qui confirme l'origine préhistorique des infections zoonotiques.

– Contexte : De nombreuses maladies humaines sont zoonotiques. Pendant la période de la Bronze eurasiatique (qui a commencé il y a environ 5 000 ans), les populations ont connu de grands mouvements migratoires et l'introduction de l'élevage, ce qui a probablement facilité la transmission de agents pathogènes des animaux à l'homme. Cependant, l'ADN d'agents précoces provenant de restes animaux est encore peu étudié et techniquement difficile à analyser.
– Conception de l'étude : Une équipe internationale et pluridisciplinaire a identifié 346 échantillons provenant principalement d'animaux domestiqués de 34 sites en Eurasie, dont beaucoup datent de la période de la Bronze, afin d'étudier la présence d'ADN d'agents pathogènes anciens.
– Prélèvements ciblés : Pour augmenter le taux de détection, ils ont principalement concentré leur attention sur des os présentant des lésions paléopathologiques indiquant d'anciennes infections (215 os, dont 188 avec lésions), et ont également inclus 131 dents pour analyser l'ADN d'infections systémiques conservée dans la chambre pulpaire, souvent dépourvue de lésions visibles.
– Méthodologie et résultats : L'extraction d'ADN ancien en conditions de salle blanche et un dépistage informatique sensible ont permis d'identifier plusieurs signatures d'agents zoonotiques. Deux agents pathogènes (Streptococcus lutetiensis, Erysipelothrix rhusiopathiae) ont fourni suffisamment de fragments pour une analyse comparative, confirmant leur authenticité historique.
– Implications : La priorisation basée sur les lésions a permis d'obtenir un plus grand nombre de résultats positifs et constitue une stratégie rentable, mais la sélection d'échantillons issus de différents éléments squelettiques reste essentielle. Cette étude fournit une preuve de concept pour l'utilisation de l'ADN ancien zooarchéologique dans le traçage des réservoirs, de la diffusion et des mécanismes de transmission des zoonoses préhistoriques.

Une voie inexplorée – l'ADN d'agents précoces dans les archives zooarchéologiques

La majorité des maladies infectieuses humaines ont une origine zoonotique, ce qui signifie qu'elles ont été transmises des animaux à l'homme. Divers indices suggèrent que la période de la Bronze eurasiatique, débutant il y a environ 5 000 ans, a été une étape cruciale où de nombreuses zoonoses sont apparues, certaines perdurant encore aujourd'hui. Anne Kathrine W. Runge, auteure principale de l'étude, explique : « La période de la Bronze a été marquée par de grands mouvements de populations et, surtout, par l'introduction généralisée de l'élevage – un mode de vie basé sur des animaux domestiqués. Bien qu'il existe l'hypothèse que cela aurait pu favoriser l'apparition de zoonoses, peu d'études ont jusqu'à présent analysé l'ADN d'agents anciens dans des restes animaux. »

La reconstruction des génomes d'agents pathogènes anciens à partir de restes animaux – les découvertes zooarchéologiques – présente des défis supplémentaires par rapport à la reconstruction plus établie des génomes d'agents anciens à partir de restes humains. « Dans la préhistoire, la majorité des animaux étaient abattus alors qu'ils étaient encore en bonne santé ; les animaux abattus étaient cuits lors de la préparation des repas, et les parties d'animaux rejetées étaient plus exposées à l'environnement – ce qui réduit globalement la probabilité d'identifier de l'ADN d'agents pathogènes », explique Felix M. Key, responsable du groupe de recherche au Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie et auteur principal de l'étude. « Cependant », ajoute-t-il, « la reconstruction d'agents pathogènes anciens à partir de découvertes zooarchéologiques offre un potentiel unique pour comprendre les réservoirs des zoonoses préhistoriques, leur diffusion géographique ainsi que les mécanismes génétiques favorisant leur passage à l'humain. »

Une équipe internationale d'experts pluridisciplinaires s'est attelée à étudier la possibilité d'identifier de l'ADN d'agents anciens à partir de découvertes zooarchéologiques. Dans une étude récemment publiée dans la revue *Nature Communications*, les auteurs ont examiné 346 échantillons provenant principalement d'animaux domestiqués de 34 sites archéologiques en Eurasie – dont beaucoup datent de la période de la Bronze – afin de rechercher de l'ADN d'agents pathogènes anciens conservé dans ces restes.

Les lésions paléopathologiques pour la priorisation des prélèvements

La récupération d'ADN ancien est coûteuse, et l'analyse est compliquée par la présence de restes archéologiques dépourvus de signatures d'agents pathogènes – un aspect qui est probablement encore plus critique dans l'étude de restes animaux. Dans cette étude, le matériel squelettique de nombreux animaux domestiqués issus de sites en Eurasie, notamment en Pologne, Allemagne, République tchèque, Roumanie et Ouzbékistan, a été sélectionné pour tester la possibilité d'extraire de l'ADN d'agents zoonotiques anciens. Pour rendre le dépistage plus ciblé, des échantillons présentant des signes de maladies ou de traumatismes, appelés lésions paléopathologiques, ont été choisis. « J'ai examiné des centaines d'échantillons pour identifier d'éventuels foyers d'infection visibles sous forme de lésions, afin d'augmenter les chances d'extraire de l'ADN ancien d'agents zoonotiques », souligne Kamilla Pawłowska, spécialiste en paléopathologie à l'Université Adam Mickiewicz de Poznań et auteure principale de l'étude. Elle ajoute : « J'ai notamment découvert des lésions inflammatoires et traumatiques, ce qui était crucial pour rendre l'étude moléculaire réalisable. » Au total, 215 éléments squelettiques ont été sélectionnés pour l'analyse, dont 188 présentant des lésions. Étant donné que la chambre pulpaire dentaire constitue une source connue d'ADN ancien d'agents systémiques, souvent sans lésions visibles, 131 dents supplémentaires ont également été choisies pour rechercher de l'ADN d'agents pathogènes anciens.

Identification et authentification de l'ADN d'agents

Après les opérations d'archivage, toutes les échantillons sélectionnés ont été transférés dans une salle blanche au Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie pour une étude moléculaire. « L'extraction d'ADN ancien à partir d'éléments squelettiques nécessite une salle blanche et un équipement de protection individuelle – une précaution coûteuse mais essentielle pour minimiser le risque de contamination des échantillons par de l'ADN moderne », explique l'experte en ADN ancien, Anne Kathrine W. Runge. Après le séquençage de l'ADN extrait de chaque échantillon, les données génétiques ont été analysées à l'aide d'une méthode informatique hautement sensible, développée auparavant, pour rechercher des empreintes d'ADN d'agents pathogènes anciens. « Nous avons été ravis de découvrir des signatures d'ADN ancien pour de nombreux agents zoonotiques, même si la quantité d'ADN ancien était généralement insuffisante pour reconstruire un génome complet et faire des comparaisons approfondies avec la diversité de ces agents chez le bétail et l'humain modernes », indique Ian Light-Maka, co-auteur et bioinformaticien. Cependant, deux agents zoonotiques, Streptococcus lutetiensis, responsable de la mastite, et Erysipelothrix rhusiopathiae, responsable d'infections cutanées, ont fourni suffisamment de fragments d'ADN ancien pour une telle analyse. « Les relations de parenté dérivées confirment l'authenticité historique et renforcent la possibilité d'identifier des génomes de pathogènes préhistoriques à partir de restes animaux », ajoute Light-Maka.

Parmi les échantillons positifs à l'ADN pathogène, la majorité montrait des lésions pathologiques. « Le fait que principalement des échantillons présentant des lésions indicatives d'infections aient été positifs confirme notre schéma de priorisation et facilite la sélection d'échantillons appropriés pour de futures études, malgré des contraintes financières. Il reste cependant essentiel d'analyser différentes parties du squelette, car la biologie des agents diffère et certains, comme ceux responsables d'infections sanguines, peuvent être mieux détectés dans d'autres éléments du squelette, comme les dents », souligne Kamilla Pawłowska. Tous les auteurs insistent sur le fait que cette étude met en lumière l'importance des investigations paléopathologiques chez les animaux et soutient une approche multidimensionnelle pour la reconstruction de la santé dans le passé.

Les travaux futurs sur les génomes de pathogènes anciens, issus à la fois de restes animaux et humains, promettent une meilleure compréhension de l'origine des zoonoses modernes. Face à l'importante collection de restes animaux encore inexploités pour l'étude des agents pathogènes, Felix M. Key résume : « Alors que la génomique des agents anciens tend vers des hôtes non humains, notre étude apporte une contribution importante dans ce domaine émergent, afin de mieux comprendre l'origine des maladies infectieuses humaines. »