Maria Martynova Français

Comment les anciens microbes peuvent-ils changer l’avenir de la science.

De la microbiologie pour ceux qui ont les crocs

Comment les anciens microbes peuvent-ils changer l’avenir de la science.

Lancé en 2017, le Human Microbiome Project (le projet du microbiome humain) était une initiative de recherche visant à améliorer la compréhension du rôle des microbes dans le corps humain. Avec des tonnes de données générées et des découvertes fascinantes, ce projet a radicalement changé la façon dont les gens perçoivent les micro-organismes. Les progrès technologiques dans le domaine de la biologie moléculaire et de la génétique ont permis aux microbiologistes de séquencer et d’amplifier le matériel d’ADN microbien, de construire des arbres de vie et d’étudier même les plus petits gènes présents dans une cellule. Les scientifiques ont pu non seulement redécouvrir les caractéristiques pathogènes des micro-organismes, mais aussi explorer les avantages potentiels qu’ils apportent en coexistant mutuellement avec les humains.

De nos jours, en 2021, les microbes et les gens sont des « amis » plutôt que des « ennemis ». La société est consciente de ces grandes choses que font les micro-organismes. « Inclure des probiotiques dans votre alimentation pour une meilleure digestion ! », « Mangez plus d’aliments fermentés pour améliorer votre santé ! », « Les microbes renforcent notre système immunitaire, protègent contre les maladies et nous rendent heureux ! » La liste peut s’allonger encore et encore, et toutes ces choses sont absolument vraies. Les micro-organismes sont, en effet, au service constant de l’homme. Les scientifiques se tournent vers l’avenir avec enthousiasme, prêts à fournir plus de preuves pour soutenir une relation existante entre les humains et les microbes.

Cependant, de plus en plus de chercheurs pensent qu’il est important non seulement de continuer à explorer les propriétés bénéfiques des microbes mais aussi de remonter le temps et d’étudier les micro-organismes anciens. La paléomicrobiologie, une étude des micro-organismes anciens, peut révéler des informations sur l’évolution des micro-organismes, des maladies anciennes, des coutumes culturelles et des événements historiques majeurs.

Maintenant, comment et où trouver ces microbes préhistoriques ? Rappelez-vous, ce sont des spécimens qui ont des milliers d’années ! Il s’avère qu’il existe différents environnements/structures naturels, servant de sources d’anciens micro-organismes :

  1. Environnements extrêmes, tels que le pergélisol ;
  2. Ambre;
  3. Calcul dentaire;
  4. Coprolithes.

Environnements extrêmes
Les environnements extrêmes, comme le pergélisol ou la glace fossile, favorisent la préservation des anciennes formes microbiennes et de leur ADN. La raison est assez simple : les organismes qui vivent dans ces conditions ont des mécanismes de survie très uniques qui permettent aux cellules d’entrer dans un « état de dormance », un état où les fonctions biologiques normales sont suspendues ou ralenties. De plus, ces environnements sont rarement sujets à changement. L’un des exemples les plus récents concerne la résurrection d’un échantillon de Pithovirus sibericum vieux de 30 000 ans provenant du pergélisol sibérien. C’est le plus ancien virus isolé infectant les eucaryotes et, fait intéressant, il a conservé son infectiosité malgré un état de dormance aussi prolongé ! L’étude des communautés microbiennes des anciens pergélisols permettra de mieux comprendre les protéines et les techniques d’adaptation utilisées par ces microbes pour leur survie.

Virus vieux de 30 000 ans, Pithovirus sibericum. L’image est tirée de l’article de recherche original de Legendre et al. 

Ambre
L’ambre est une résine d’arbre fossilisée. Sa faible activité de l’eau et son abondance de sucres naturels représentent un environnement parfait pour la préservation d’espèces bactériennes anciennes. De nombreuses bactéries isolées dans l’ambre appartiennent au genre Bacillus, célèbre pour ses capacités à former des spores. Les spores sont la forme de bactérie la plus dormante car elles présentent une activité biologique minimale. Cette caractéristique des spores a été attribuée à l’action de petites protéines solubles dans l’acide (SASP). Bien qu’elles soient encore viables, le métabolisme des bactéries sporulées devient si lent qu’elles peuvent survivre pendant des milliers d’années !

Plaque dentaire
Le tartre dentaire est un biofilm bactérien fossilisé qui se forme à la surface des dents. Ce qui est unique dans ce « site de conservation », c’est que le tartre dentaire ne se dépose pas et ne change pas de structure au fil du temps (et par « au fil du temps », j’entends des milliers d’années !). Dans son article, Turner-Walker a proposé plusieurs facteurs qui contribuent à une excellente préservation du matériel génétique dans le tartre dentaire. Premièrement, ce n’est pas un matériau facilement colonisé par les bactéries environnementales. Les dents manquent de canaux biologiques qui fournissent généralement des points d’entrée et de mouvement pour les bactéries qui ne sont pas déjà présentes dans le corps. Deuxièmement, le tartre dentaire manque également d’une riche source de nutriments qui peut potentiellement attirer et soutenir la croissance bactérienne et favoriser la décomposition. Enfin, une fois fossilisé, le tartre dentaire devient extrêmement ferme, ce qui le rend résistant à la carie.


La récupération d’anciennes bactéries à partir de l’ADN dentaire est généralement associée à la maladie. En identifiant une certaine maladie, les scientifiques peuvent proposer un mode de vie possible d’un humain ou d’un animal. De plus, la détermination de la maladie permet aux chercheurs de trouver un agent responsable de cette maladie, qui, dans la plupart des cas, sont des bactéries et des agents pathogènes opportunistes. Par exemple, des études ont détecté des bactéries Yersinia pestis et Salmonella enterica sérovar typhi présentes dans des dents anciennes.

Bactéries Salmonella enterica sérovar typhi (à gauche) et bactéries Yersinia pestis (à droite). 

La peste justinienne qui a duré plus de 200 ans est due à Y. pestis, qui s’est propagée d’Asie jusqu’aux Alpes et dans toute l’Europe. Certains scientifiques suggèrent même que les souches modernes de cette bactérie dérivent de la souche qui a causé la peste bubonique en Europe au XIVème siècle. Ces observations démontrent comment les analyses de l’ADN ancien peuvent aider à comprendre les modèles évolutifs et les forces de mutation dans les génomes bactériens.

Coprolites
Et pour finir, les coprolithes – des restes fossilisés d’excréments – qui, sans aucun doute, représentent la source la plus riche de micro-organismes anciens. C’est un fait bien connu que les selles contiennent des milliards de micro-organismes, et des thérapies telles que la transplantation fécale, sont utilisées pour transférer des micro-organismes d’un organisme à un autre. Ainsi, dans l’espoir de découvrir des micro-organismes anciens, les scientifiques ont décidé d’étudier les coprolithes d’un point de vue « microbiologique ».

Reinhard et ses collègues ont mené une étude, dans laquelle ils ont examiné des coprolithes trouvés sur le plateau du Colorado (Utah, États-Unis) [6]. Ils ont identifié des échantillons d’ADN bactérien appartenant aux bactéries alpha, bêta et gamma, Bacteroides, Clostridia, Eubacterium spp. et même Vibrio spp. Il est facile de voir à quel point les coprolithes anciens sont microbiologiquement divers !

S’ils sont étudiés attentivement, les coprolithes récupérés pourraient contenir une énorme quantité d’informations sur les modes de vie, les habitudes alimentaires et même certaines normes culturelles des peuples anciens. Et parce que la composition d’un microbiome dépend fortement d’un mode de vie et de préférences alimentaires, les scientifiques peuvent mieux comprendre le monde préhistorique. Bien qu’il soit intéressant de se renseigner sur les micro-organismes anciens, les études dans le domaine de la paléomicrobiologie peuvent aider les scientifiques à établir un lien entre le passé, le présent et le futur. En déterminant la composition des microbiomes anciens, il devient facile de retracer les changements évolutifs qui se sont produits en raison de l’industrialisation, de la mondialisation et des pratiques d’assainissement modernes[1]. Il est sûr que les gens aient radicalement changé leur relation avec les microbes, et ce changement est littéralement enregistré dans le corps.

Article original: Rivera-Perez, J.I., Santiago-Rodriguez, T.M., Toranzos, G.A. 2016. Paleomicrobiology: a Snapshot of Ancient Microbes and Approaches to Forensic Microbiology. Microbiol Spectr. 4(4). doi:10.1128/microbiolspec.EMF-0006-2015

Featured image: https://www.istockphoto.com/photo/yellow-cartoon-robot-thinking-about-something-gm871234518-145515783 and Created in Biorender.

  1.  Rivera-Perez, J.I., Santiago-Rodriguez, T.M., Toranzos, G.A. 2016. Paleomicrobiology: a Snapshot of Ancient Microbes and Approaches to Forensic Microbiology. Microbiol Spectr. 4(4). doi:10.1128/microbiolspec.EMF-0006-2015
  2.  Cano RJ. 1997. Isolation, characterization, and diversity of microorganisms from amber. Proceedings of SPIE. 3111: 444-451. doi:10.1117/12.278799
  3. Drancourt, M., Aboudharam, G., Signoli, M., Dutour, O., Raoult, D. 1998. Detection of 400-year-old Yersinia pestis DNA in human dental pulp: an approach to the diagnosis of ancient septicemia. Proc Natl Acad Sci USA. 95:12637–12640.
  4. Papagrigorakis, M.J., Synodinos, P.N., Yapijakis, C. 2007. Ancient typhoid epidemic reveals possible ancestral strain of Salmonella enterica serovar Typhi. Infect Genet Evol. 7:126–127.
  5. Harbeck, M. et al. 2013. Yersinia pestis DNA from skeletal remains from the 6(th) century AD reveals insights into Justinianic Plague. PLoS Pathog.
  6.  Reinhard, K.J., Hevly, R.H., Anderson, G.A. 1987. Helminth remains from prehistoric Indian coprolites on the Colorado Plateau. J Parasitol. 73:630–639.