De la microbiologie pour ceux qui ont les crocs
Testament bactérien – l’ADN de pathogènes historiques
Tirer les leçons des erreurs du passé
L’exploration des fossiles, des momies ou des formations géologiques profondes a toujours suscité l’intérêt des scientifiques du monde entier. En effet, ils nous en apprennent beaucoup sur le passé et nous aident à prédire l’avenir. Par exemple, les ossements des victimes de l’éruption du Vésuve découverts à Herculanum nous incitent à ne pas nous cacher dans des hangars à bateaux fermés… À moins que nous ne voulions être cuits comme une pizza à la température extrême de 500 °C.
Crédit photo : Marta Matuszewska (auteure)
Les os ont une histoire à raconter… inscrite dans l’ADN
Apprendre du passé est devenu encore plus passionnant lorsque les scientifiques ont réalisé qu’ils pouvaient examiner l’histoire au niveau de la biologie moléculaire. L’ADN ancien (ADNa) est le matériel génétique isolé à partir de spécimens biologiques anciens. Un exemple notable d’ADN ancien est l’ADN d’une femme néandertalienne, vieux de 50 000 ans, isolé à partir de l’os de sa phalange et séquencé par le groupe de recherche dirigé par Svante Pääbo en 2013. Obtenir de l’ADN est compliqué, et les choses deviennent encore plus difficiles lorsque l’on veut lire sa séquence. En règle générale, l’ADN se dégrade lorsqu’il n’est pas maintenu par une cellule vivante. Dans les vestiges anciens, les brins d’ADN habituellement longs sont fragmentés et réticulés, ce qui les rend particulièrement difficiles à séquencer et à assembler. Problème supplémentaire : la contamination par de l’ADN contemporain est presque inévitable – la première séquence d’ADN mitochondrial de Néandertal contenait environ 11 % d’ADN humain moderne.
Généticien de l’Institut Max Planck d’anthropologie évolutive extrayant de l’ADN ancien d’un os (2005).
Crédit photo : National Institutes of Health (U.S.A.)
Mais les bactéries n’ont pas d’os !
Comme nous l’avons appris, il est très difficile d’isoler l’ADNa, même à partir de restes de squelettes bien conservés. Mais les scientifiques peuvent aller encore plus loin ! Pensez aux bactéries pathogènes. Des cellules invisibles, fragiles et minuscules qui envahissent notre corps. Leur ADN n’est protégé que par une paroi cellulaire qui se dégrade facilement au fil des ans. Cette paroi cellulaire est particulièrement fine chez les bactéries à Gram négatif, qui constituent la majorité des agents pathogènes pour l’homme. Malgré ces difficultés, les chercheurs ont trouvé ces dernières années différents moyens d’isoler, d’identifier et d’authentifier l’ADNa bactérien. Ils trouvent des bactéries préservées, par exemple dans des lésions squelettiques ou des tissus mous momifiés, ils optimisent les techniques d’isolement de l’ADNa et utilisent diverses méthodes comparatives pour vérifier si leur séquence est vraiment celle d’un ancien pathogène. Ils peuvent ainsi révéler la séquence génomique des anciennes bactéries Gram négatif fragiles, comme Escherichia coli, qui se cachent dans les restes de nos ancêtres !
L’opportunité d’une infection de la Renaissance
Dans un article récent publié dans Communications Biology, des chercheurs décrivent l’obtention du génome d’E. coli à l’origine d’une infection il y a cinq siècles. La plupart des souches de la bactérie célèbre E. coli n’infectent pas facilement l’homme. Elles peuvent être présentes dans notre microbiome intestinal et être notre ami symbiotique. Enfin… sauf lorsque notre système immunitaire est trop faible pour maintenir cette relation et qu’E. coli provoque une infection opportuniste. C’est exactement ce qui est arrivé en 1586 à Giovani d’Avalos. La vésicule biliaire momifiée et les calculs biliaires de ce pauvre noble napolitain ont été inspectés pour trouver la cause microbienne de sa mort.
Crédit photo : Long et al. (2022)
Que peut nous apprendre le calcul biliaire de Giovani ?
Si de nombreuses maladies humaines peuvent entraîner la formation de calculs biliaires, les calculs biliaires causés par des infections bactériennes sont tout à fait uniques. Leur genèse bactérienne les rend bruns au lieu de jaunes. C’est ce type de coloration qui a rendu les restes de Giovani intéressants pour les scientifiques lors de leurs recherches sur la momie. En effet, la dissection du calcul biliaire, l’isolement et le séquençage de l’ADN ont révélé la séquence historique du génome d’E. coli. Comme nous le savons, l’ADNa peut être protégé de la dégradation par les barrières physiques qui le protègent de l’environnement, ce qui signifie que les calculs biliaires devraient protéger les brins plus longs de l’ADN bactérien si des bactéries ont participé à leur formation. Et en effet, de l’ADNa a été trouvé dans le cas du pathogène opportuniste de Giovani qui a très probablement été à l’origine de son décès.
Plus d’histoire bactérienne dans les gènes
Ironiquement, l’analyse génétique a révélé que l’E. coli qui a tué Giovani n’était pas particulièrement dangereuse. Il s’agissait d’une souche bénigne qui n’infecte pas les personnes dont le système immunitaire fonctionne correctement. En outre, elle ne possédait pas de gènes de résistance aux antibiotiques (Giovani n’avait de toute façon pas accès aux antibiotiques en 1586). Cependant, elle avait l’avantage d’acquérir certains gènes de virulence (comme le système de sécrétion de type IV (T6SS) de Klebsiella aerogenes, une autre bactérie pathogène pour l’homme) au cours de l’infection. Enfin, cette souche d’E. coli a été classée comme appartenant à une lignée de souches apparentées qui est toujours viable aujourd’hui et qui provoque encore des calculs biliaires 400 ans plus tard !
Pourquoi s’en préoccuper ?
Il est essentiel de tirer les leçons du passé pour prédire l’avenir. Les calculs biliaires de Giovani nous ont permis de comprendre comment l’E. coli moderne évolue et s’adapte. Cette étude enrichit en particulier nos connaissances sur la résistance aux antibiotiques, car elle nous apprend que ce phénomène est absent même dans les infections mortelles qui se sont produites avant l’ère des antibiotiques. Les chercheurs espèrent que leurs efforts aideront d’autres personnes à explorer ces pathogènes cachés et qu’ils fourniront des informations à ceux qui tentent de modéliser les infections du futur.
Article original: Long GS et al. (2022). A 16th century Escherichia coli draft genome associated with an opportunistic bile infection. Communications Biology, 5:599.
Image: Mummy of Giovani d’Avalos. Credit: The Division of Paleopathology, University of Pisa (Italy)
micro-bites.org 