Nouvelles connaissances sur l'évolution de l'agent pathogène de la peste
Une équipe de chercheurs de l'Université de Kiel et du MPI-EB identifie les facteurs génétiques acquis par le pathogène Yersinia pestis au cours de son évolution récente.
Les origines de la peste remontent au néolithique, les plus anciennes découvertes de l'agent pathogène causal Yersinia pestis proviennent d'ossements humains datant d'environ 5000 ans. Dans l'histoire de la peste, la peste antique tardive de Justinien du sixième siècle et la peste noire de la fin du Moyen-Âge se distinguent. Elles ont été manifestement causées par Y. pestis et, selon les estimations, ont anéanti jusqu'à la moitié de la population dans certaines parties de l'Europe. Alors que des épidémies plus petites et limitées à certaines régions se sont produites à plusieurs reprises au cours des siècles sur différents continents, une troisième pandémie de peste s'est déclarée entre le milieu du XIXe et le début du XXe siècle. Dans un premier temps, elle a principalement touché l'Asie, en particulier l'Inde, avant de se propager à l'échelle mondiale. Avec environ 15 millions de décès confirmés, c'est l'une des pandémies les plus meurtrières de l'histoire de l'humanité. De nos jours, la peste continue à se manifester au niveau régional et est presque toujours mortelle si elle n'est pas traitée rapidement par des antibiotiques.
Au cours de milliers d'années, Y. pestis a évolué en de nombreuses souches, par acquisition et perte de gènes. Des chercheurs du monde entier étudient l'évolution de Y. pestis afin d'en savoir plus sur les causes des pandémies historiques et sur les dangers que la peste continue de poser. Ils étudient en particulier les caractéristiques génétiques de l'agent pathogène, qui sont notamment responsables de la transmission, de la répartition géographique et de la gravité de la maladie. Dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs de l'université de Kiel et de l'Institut Max Planck de biologie évolutive de Plön (MPI-EB) a examiné les génomes anciens et modernes de Y. pestis, depuis le néolithique jusqu'à la pandémie actuelle. Les chercheurs dirigés par le Dr Daniel Unterweger, chef de groupe de recherche au MPI-EB et à l'université de Kiel, et les professeurs Almut Nebel et Ben Krause-Kyora de l'Institut de biologie moléculaire clinique (IKMB) de l'université de Kiel ont découvert que Y. pestis a dû intégrer un nouvel élément génétique, connu sous le nom de prophage YpfΦ, entre le Moyen Âge et la pandémie moderne, qui est lié à la virulence de l'agent pathogène, c'est-à-dire à son effet pathogène. Le prophage produit une protéine qui ressemble fortement à certaines toxines d'autres agents pathogènes, par exemple, l'agent pathogène du choléra. Les chercheurs, qui collaborent notamment avec le Kiel Evolution Center (KEC) de l'université de Kiel, ont récemment publié leurs résultats avec des collègues de l'université du Danemark méridional à Odense (SDU) dans la revue Proceedings of the Royal Society B : Biological Sciences.
Des squelettes découverts lors de fouilles dans un cimetière de Sejet, au Danemark, ont notamment fourni des échantillons génétiques pour une nouvelle étude sur la peste menée par l'université de Kiel.
© Unit of Anthropology, ADBOU, SDU
De nouveaux éléments génétiques augmentent la virulence de l'agent pathogène
L'équipe de recherche de Kiel a obtenu les échantillons génétiques grâce à une collaboration avec le département de médecine légale de la SDU, qui gère le matériel squelettique de divers musées danois. Dans ce cas précis, les scientifiques ont examiné les restes squelettiques de 42 personnes enterrées dans deux cimetières paroissiaux danois entre le XIe et le XVIe siècle. L'information génétique contenue dans les échantillons a été séquencée et les gènes de Y. pestis qu'ils contenaient ont été comparés à d'autres génomes publiés datant du Néolithique, du Moyen Âge et de l'époque moderne.
"Des recherches antérieures ont montré qu'au début de son évolution, l'agent pathogène n'avait pas le patrimoine génétique requis pour une transmission efficace par les puces, ce qui est typique de la peste bubonique actuelle. Au cours de son évolution, Y. pestis a acquis un niveau de virulence remarquable, qui a contribué aux épidémies ultérieures de certaines des pandémies les plus meurtrières de l'histoire de l'humanité", explique le Dr Joanna Bonczarowska, premier auteur de l'article, qui a mené cette recherche dans le cadre de son doctorat à l'IKMB avec le soutien de l'International Max-Planck-Research School for Evolutionary Biology (IMPRS).
"Dans notre étude, nous montrons que toutes les souches connues de Y. pestis avant le 19e siècle étaient dépourvues d'un certain élément génétique, le prophage YpfΦ", explique Mme Bonczarowska, qui travaille actuellement comme postdoc à l'IKMB, où elle est financée par le pôle d'excellence "Precision Medicine in Chronic Inflammation" (PMI). Le prophage a probablement été absorbé dans l'environnement par transfert latéral de gènes. Cette information génétique influence la virulence du pathogène, c'est-à-dire la gravité de la maladie résultant d'une infection. Il a été démontré que les souches de Y. pestis dotées du prophage nécessitent une dose létale nettement plus faible que celles dépourvues de YpfΦ. Cette assimilation de nouveaux éléments génétiques pourrait donc conférer un avantage à Y. pestis au cours de la pandémie de peste moderne.
Comment s'explique l'augmentation de la virulence depuis le Moyen-Âge ?
Les mécanismes par lesquels le prophage contribue à l'augmentation de la virulence de l'agent pathogène de la peste moderne n'ont pas encore été étudiés en détail. Des études antérieures suggèrent que ces nouvelles informations génétiques peuvent aider l'agent pathogène à infecter des tissus corporels éloignés du site d'infection d'origine. Dans leur recherche d'un tel mécanisme, les chercheurs de Kiel ont examiné toutes les protéines codées par le nouvel ADN en question. Ils ont découvert que l'une de ces protéines est très similaire à une toxine connue d'autres agents pathogènes.
"La structure de cette protéine est similaire à celle de la toxine zonula occludens (ZOT), qui facilite l'échange de substances nocives entre les cellules infectées et a un effet néfaste sur les muqueuses et les épithéliums. Ce lien a été découvert pour la première fois dans l'agent pathogène du choléra, où il provoque les symptômes typiques de la gastro-entérite", explique Mme Bonczarowska. Les chercheurs de Kiel souhaitent donc étudier de plus près cette protéine semblable à ZOT chez Y. pestis, car elle offre une explication plausible à la virulence accrue de l'agent pathogène de la peste dans le présent et le passé récent.
Poursuite des recherches sur l'évolution de la peste et d'autres agents pathogènes
Une évolution aussi rapide de Y. pestis renforce la menace de pandémie qu'elle continue de représenter. "L'acquisition de nouveaux éléments génétiques peut entraîner de nouveaux symptômes d'infection. Ces signes trompeurs de la maladie peuvent rendre difficile le diagnostic de la peste à temps et donc retarder le traitement rapide, qui est essentiel pour la survie", souligne Unterweger. "En outre, certaines souches de l'agent pathogène de la peste montrent déjà une résistance à divers antibiotiques, ce qui contribue à accroître le danger potentiel de cette maladie", poursuit M. Unterweger.
Un aspect important de ce travail est également la découverte de parallèles avec d'autres espèces bactériennes, car des éléments génétiques très similaires à YpfΦ ont également été trouvés dans d'autres bactéries. Ces résultats fournissent des indices sur leur évolution future vers une virulence accrue.
Dans l'ensemble, les résultats de la recherche soulignent que l'étude de l'évolution historique des maladies à l'aide de l'ADNa, qui remonte à des centaines, voire à des milliers d'années, permet d'acquérir de nombreuses connaissances pour la science moderne et les applications médicales. "Comprendre comment l'agent pathogène a pu accroître sa nocivité dans le passé, parfois par une évolution par bonds, nous aidera à détecter de nouvelles formes de la maladie et à prévenir de nouvelles pandémies à l'avenir", résume M. Krause-Kyora.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Joanna H. Bonczarowska, Julian Susat, Ben Krause-Kyora, Dorthe Dangvard Pedersen, Jesper Boldsen, Lars Agersnap Larsen, Lone Seeberg, Almut Nebel, Daniel Unterweger: "Ancient Y. pestis genomes lack the virulence-associated YpfΦ prophage present in Modern pandemic strains."; Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 2023.
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités du secteur des sciences de la vie
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée aux biotechnologies, au secteur pharmaceutique et aux sciences de la vie vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
