Nouvelles perspectives sur l’évolution de l’agent pathogène de la peste

Les origines de la peste remontent au Néolithique, les découvertes les plus anciennes de l’agent pathogène causal Yersinia pestis proviennent d’ossements humains vieux d’environ 5 000 ans. Dans l’histoire de la peste, la peste justinienne de la fin de l’Antiquité du VIe siècle et la soi-disant peste noire de la fin du Moyen Âge sont particulièrement importantes. Il a été démontré qu’ils sont causés par Y. pestis et on estime qu’ils ont anéanti jusqu’à la moitié de la population dans certaines parties de l’Europe. Alors que des épidémies plus petites et limitées à la région se sont reproduites sur différents continents au cours des siècles, une troisième pandémie de peste s’est produite du milieu du XIXe au début du XXe siècle. Elle a initialement touché l’Asie en particulier, avec un accent sur l’Inde, et s’est ensuite propagée à l’échelle mondiale. Avec environ 15 millions de décès confirmés, il s’agit de l’une des pandémies les plus meurtrières de l’histoire de l’humanité. Aujourd’hui encore, la peste continue de sévir au niveau régional et est presque toujours mortelle si elle n’est pas traitée rapidement avec des antibiotiques.

Au cours de milliers d’années, la bactérie Y. pestis a évolué en de nombreuses souches apparentées à la fois par l’acquisition et la perte de gènes. Des chercheurs du monde entier étudient l’évolution de Y. pestis pour en savoir plus sur les causes des pandémies historiques et les menaces persistantes posées par la peste. Pour cela, ils étudient notamment les propriétés génétiques de l’agent pathogène, qui sont responsables, par exemple, de la transmission, de la répartition géographique et de la gravité de la maladie. Dans un nouveau projet de recherche, une équipe de recherche de la Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) et de l’Institut Max Planck de biologie évolutive de Plön (MPI-EB) a analysé les génomes anciens et modernes de Y. pestis d’une période allant du néolithique à l’enquête dans la pandémie moderne. Les chercheurs autour du Dr. Daniel Unterweger, chef de groupe de recherche au MPI-EB et au CAU, et les professeurs Almut Nebel et Ben Krause-Kyora de l’Institut de biologie moléculaire clinique (IKMB) du CAU ont découvert qu’entre le Moyen Âge et la pandémie moderne, Y. pestis a développé un nouveau doit avoir absorbé un élément génétique, le soi-disant prophage YpfΦ, qui est lié à la virulence de l’agent pathogène, c’est-à-dire son effet pathogène. Ce prophage produit une protéine très similaire à certaines cytotoxines d’autres agents pathogènes, tels que l’agent pathogène du choléra. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans le Centre d’évolution de Kiel (KEC) travailler au CAU, récemment avec des collègues de l’Université du Danemark du Sud à Odense (SDU) in der Fachzeitschrift Actes de la Royal Society B: Biological Sciences.

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 du SDU, qui gère le matériel squelettique de divers musées danois. Dans ce cas précis, les scientifiques ont examiné les restes de 42 personnes décédées qui ont été enterrées dans deux cimetières municipaux 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 contiennent ont été comparés à d’autres génomes connus du Néolithique, du Moyen Âge et des temps modernes.

«Des recherches antérieures ont montré que l’agent pathogène, dans ses premiers stades de développement, ne disposait pas de la constitution génétique requise pour une transmission efficace des puces typique de la peste bubonique moderne. Au cours de son évolution, Y. pestis a atteint une 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, première auteure de l’ouvrage, qui a mené cette recherche dans le cadre de son doctorat à l’IKMB avec le soutien de la École internationale de recherche Max-Planck pour la biologie évolutive (IMPRS) effectué.

“Dans notre étude, nous montrons que toutes les souches connues de Y. pestis avant le 19ème siècle manquaient d’un élément génétique spécifique, le prophage YpfΦ”, explique Bonczarowska, qui travaille maintenant en tant que post-doctorante à l’IKMB, d’où elle est également originaire. Pôle d’Excellence « Médecine de Précision dans l’Inflammation Chronique » (PMI) est pris en charge. Le prophage a probablement été prélevé dans l’environnement par transfert latéral de gènes. Cette information génétique influence la virulence de l’agent pathogène, c’est-à-dire la gravité de la maladie résultant d’une infection. Il a été démontré que les souches de Y. pestis qui portent le prophage ont une dose létale significativement plus faible que celles sans YpfΦ. Ainsi, cette incorporation de nouveaux éléments génétiques pourrait représenter un avantage évolutif pour Y. pestis lors de la pandémie de peste moderne.

Comment la virulence accrue s’est-elle produite depuis le Moyen Âge ?

La manière dont le prophage contribue à l’augmentation de la virulence de l’agent pathogène de la peste moderne n’a pas encore été étudiée en détail. Des études antérieures suggèrent que ces nouvelles informations génétiques peuvent aider l’agent pathogène à infecter les tissus corporels loin du site d’origine de l’infection. A la recherche d’un tel mécanisme, les chercheurs de Kiel ont examiné toutes les protéines produites 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 dite zonula occludens (ZOT), qui facilite l’échange de substances nocives entre les cellules infectées et a un effet néfaste sur les muqueuses, en particulier dans la région intestinale. Cette connexion a été découverte pour la première fois dans l’agent pathogène du choléra, où il est responsable des symptômes typiques de la gastro-entérite », explique Bonczarowska. Les chercheurs de Kiel veulent donc étudier plus en détail cette protéine de type ZOT chez Y. pestis à l’avenir, car elle offre une explication plausible de la virulence accrue de l’agent pathogène de la peste dans le présent et dans le passé récent.

Poursuivre les recherches sur l’évolution de l’agent pathogène de la peste et d’autres agents pathogènes

Une évolution aussi rapide de Y. pestis contribue également à la menace persistante d’une pandémie. « L’acquisition de nouveaux éléments génétiques peut entraîner de nouveaux symptômes de l’infection. Ces signes trompeurs de maladie peuvent rendre plus difficile le diagnostic de la peste à temps et retarder ainsi le traitement rapide indispensable à la survie », souligne Unterweger. “De plus, certaines souches de l’agent pathogène de la peste sont déjà résistantes à divers antibiotiques, ce qui augmente encore le risque potentiel de cette maladie”, poursuit Unterweger.

Un aspect important du travail concerne les parallèles récemment découverts 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 ou des milliers d’années, est un gain de connaissances majeur pour la science moderne et les applications médicales. “Si nous comprenons comment l’agent pathogène a pu augmenter sa nocivité dans le passé – parfois par des sauts évolutifs – cela nous aide à reconnaître de nouvelles formes de la maladie et à prévenir de futures pandémies”, résume Krause-Kyora de l’IKMB.