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Épidémies et crises de mortalité du passé

 | 
Dominique Castex
, 
Isabelle Cartron

Paléomicrobiologie : la microbiologie au service de l’anthropologie

Michel Drancourt

Texte intégral

1La paléomicrobiologie est un champ thématique émergent de la microbiologie, qui a pour objet le diagnostic rétrospectif des maladies infectieuses. Seuls une dizaine de laboratoires dans le monde sont actuellement contributifs au travers de la littérature internationale, dont l’Unité des Rickettsies à Marseille.

Place de la paléomicrobiologie

2Le diagnostic d’une maladie infectieuse repose sur la mise en évidence du micro-organisme pathogène dans un tissu de l’individu infecté et le diagnostic des maladies infectieuses anciennes ne doit pas échapper à cette approche. Ainsi, la paléomicrobiologie offre au chercheur en anthropologie la possibilité de confirmer de façon démonstrative, un diagnostic suspecté devant la confrontation des données anthropologiques et des données historiques. Le diagnostic de maladie infectieuse ancienne est suspecté devant des éléments de paléopathologie (anomalies osseuses le plus souvent) à propos d’un individu, ou bien devant un charnier de catastrophe qui fait évoquer des faits de guerre, de famine, de froid ou une maladie infectieuse épidémique. Cependant, ni les données anthropologiques ni les données historiques ne sont démonstratives d’une maladie infectieuse. Ces données permettent de suspecter une étiologie infectieuse de façon générale, voire une étiologie plus particulière. Il convient alors de confirmer ces hypothèses en travaillant en collaboration avec un laboratoire de paléomicrobiologie.

Méthodes de la paléomicrobiologie

  • 1 Raoult et al. 2006.

3La recherche du micro-organisme pathogène (une bactérie, un virus, un parasite ou un ectoparasite) va être réalisée à partir d’échantillons de l’individu ou de plusieurs individus en cas de charnier de catastrophe. Il convient de pratiquer les prélèvements sur site en manipulant les individus et les échantillons avec des gants afin de limiter la contamination des échantillons par les micro-organismes de la flore cutanée et par les cellules du préleveur. Idéalement, les échantillons seront placés dans des récipients en plastique secs, stériles et transparents et étiquetés sans ambiguïté. Un étiquetage par code-barres est souhaitable. Les échantillons pourront être des dents, des os, des tissus mous en cas de momification. Il est également utile de prélever des sédiments autour des individus, afin de recueillir sur site d’éventuels ectoparasites par une méthode de tamisage et de flottaison1. Ce sont ces produits de flottaison qui constitueront l’échantillon. Parmi les échantillons humains, les os sont le plus souvent utilisés dans la littérature pour leur abondance et le fait qu’ils portent des lésions en cas de mycobactériose (tuberculose et lèpre) et de tréponématose (syphilis et autres tréponématoses). Cependant, les os sont fortement contaminés par la flore tellurique et leur travail au laboratoire demande une étape de décalcification laborieuse. Également, la plupart des maladies infectieuses ne provoquent pas de lésions osseuses. Nous avons utilisé la pulpe dentaire contenue dans la chambre pulpaire de la dent pour le diagnostic des infections septicémiques, c’est-à-dire des maladies infectieuses au cours desquelles le micro-organisme pathogène est véhiculé par voie sanguine dans tous les tissus de l’individu. En effet, la pulpe dentaire est très richement vascularisée, elle est protégée des contaminations extérieures par la dentine et l’émail. Les tissus mous momifiés voire fixés ou congelés peuvent être également utilisés pour la détection des pathogènes anciens. Également, les échantillons d’animaux anciens et d’ectoparasites anciens sont contributifs pour la recherche des réservoirs et des vecteurs des pathogènes anciens.

  • 2 Zink et al. 2002.
  • 3 Raoult et al. 2000.

4Au laboratoire de microbiologie, les échantillons seront enregistrés, photographiés par prise numérique et éventuellement radiographiés dans le cas des os et des dents. Plusieurs techniques peuvent ensuite être utilisées pour la détection et l’identification du micro-organisme pathogène, le plus fréquemment les techniques de biologie moléculaire qui recherchent l’ADN caractéristique d’un micro-organisme2. Ces méthodes reposent toutes sur l’extraction de l’ADN à partir de l’échantillon, selon des protocoles maintenant bien établis. L’ADN ancien est caractérisé par sa fragmentation en fragments de quelques centaines de paires de bases seulement, il est chimiquement altéré et peut être associé dans le prélèvement à des inhibiteurs de réaction d’amplification. Cependant, la limite la plus importante tient au risque de contamination de cet ADN ancien, qui résulte dans de faux résultats positifs. Les sources de contamination sont multiples, environnementales au moment du prélèvement de l’échantillon par les micro-organismes telluriques et les micro-organismes manuportés du préleveur ; environnementales dans le laboratoire de microbiologie, en particulier par les réactifs de laboratoire qui peuvent être eux-mêmes contaminés par de l’ADN bactérien, en particulier l’eau et les ADN polymérases ; liés aux amplifications précédentes et il s’agit là du risque principal. La prévention de la contamination est donc une obsession pour le paléomicrobiologiste, elle comporte les bonnes pratiques de laboratoire, l’introduction de multiples témoins négatifs de nature aussi proche que possible des échantillons traités, l’utilisation de la PCR suicide3 sans témoin positif et ciblant une nouvelle région génomique à chaque nouvelle expérimentation, et le choix de la pulpe dentaire comme échantillon privilégié.

5La détection de l’ADN microbien ancien repose sur son amplification en un million de copies par la technique de polymérisation en chaîne (polymerase chain reaction, PCR). Il s’agit d’une méthode enzymatique de multiplication d’un fragment d’ADN spécifié par l’expérimentateur qui encadre ce fragment à l’aide de deux amorces (primers). Il convient donc d’opérer un choix judicieux des amorces de PCR tenant compte des contraintes citées ci-dessus. Ce fragment amplifié est ensuite cloné dans des bactéries qui vont le multiplier au moment de leur propre multiplication, puis séquencé, c’est-à-dire décrypté base à base afin d’obtenir l’enchaînement des quatre nucléotides A, T, G et C caractéristique de ce fragment d’ADN. La séquence obtenue est ensuite comparée par internet à des banques informatiques de séquences afin de reconnaître celle dont elle se rapproche le plus, et réaliser ainsi une identification.

  • 4 Redmond et al. 1998.
  • 5 Drancourt & Raoult 2005.

6À côté de cette approche très puissante en biologie moléculaire, la détection des pathogènes anciens peut être tentée par l’observation en microscopie électronique de l’échantillon en particulier pour la détection des ectoparasites et par la recherche d’antigènes caractéristiques du pathogène. Il n’y a pas eu pour le moment d’isolement ni de culture de pathogène ancien à partir d’échantillons humains, même si une souche de la bactérie du charbon, Bacillus anthacis, datant de 1917 a été isolée à partir d’un échantillon destiné à la guerre bactériologique au cours de la première guerre mondiale4. Les travaux de paléomicrobiologie doivent être évalués à l’aide de critères d’authentification, et nous avons proposé une telle grille de lecture5.

Les domaines d’application

  • 6 Nerlich et al. 1993 ; Spigelman & Lemma 1993.
  • 7 Crubezy et al. 1998.
  • 8 Rafi et al. 1994.
  • 9 Yersin 1894.
  • 10 Wiechmann & Grupe 2005.
  • 11 Papagrigorakis et al. 2006.
  • 12 Papagrigorakis et al. 2006.
  • 13 Davignat 1951.
  • 14 Drancourt et al. 2004.
  • 15 Araujo et al. 2000.
  • 16 Drancourt et al. 2005.
  • 17 La et al. 2004.
  • 18 Raoult et al. 2006.
  • 19 Fornaciari et al. 1989.

7Dans le domaine des maladies bactériennes, c’est certainement la tuberculose qui a suscité le plus de travaux dans la littérature6. Le micro-organisme responsable, Mycobacterium tuberculosis, est une bactérie strictement humaine dont il existe des espèces proches chez les animaux, en particulier les bovins. M. tuberculosis a été détecté dans différentes sources en Europe, au Moyen-Orient et en Amérique du Sud et la détection la plus ancienne date de 5 400 ans dans une momie égyptienne7. La recherche de M. tuberculosis est particulièrement envisagée devant des lésions osseuses caractéristiques, costales et rachidiennes. Cependant, différents auteurs ont trouvé de l’ADN spécifique de M. tuberculosis dans des tissus osseux sains ainsi que dans des tissus mous. Il est possible de typer l’ADN de M. tuberculosis par une technique appelée spoligotyping afin de confirmer son identification et de préciser le groupe génétique auquel appartient la souche. Également, la lèpre a donné lieu à plusieurs travaux de détection moléculaire de Mycobacterium leprae8. Nous avons été contributifs au diagnostic de peste ancienne en mettant au point des approches originales basées sur l’utilisation de la pulpe dentaire et la PCR suicide. Ces approches nous ont permis de démontrer que les deux épidémies historiques de peste étaient bien dues à Yersinia pestis, bactérie responsable de la peste isolée et caractérisée au début de la troisième pandémie à Hong Kong par Alexandre Yersin9. Ces résultats mettaient fin à une controverse quant à l’étiologie des pestes anciennes, puisque plusieurs agents infectieux avaient été évoqués, sans preuve. Récemment, une équipe allemande a confirmé nos résultats de façon indépendante en détectant Y. pestis dans des échantillons dentaires datés de la deuxième pandémie en Bavière10. Également, la même approche par analyse par PCR suicide de la pulpe dentaire a permis à une équipe grecque d’investiguer l’épidémie connue sous le nom de peste d’Athènes, épisode de la guerre du Péloponnèse en 430 BC relaté par Thucydides11. Cet épisode décima la population athénienne en tuant 300 000 personnes, soit un tiers de la population et contribua à la chute d’Athènes et de la Grèce antique. Les chercheurs grecs ont démontré qu’il ne s’agissait pas d’une épidémie de peste ni d’autres maladies infectieuses, mais d’une épidémie de fièvre typhoïde due à une bactérie, Salmonella enterica Typhi dont ils ont séquencé un fragment spécifique d’ADN12. La bactérie Y. pestis comporte trois variétés principales nommées Antique, Medievalis et Orientalis sur la base de quelques caractères biochimiques. En 1951, Davignat a émis l’hypothèse que chacune de ces trois variétés était responsable de chacune des trois pandémies historiques de peste13. Cette hypothèse était basée sur la concordance entre l’aire de répartition actuelle de ces trois variétés et l’origine géographique présumée de chacune des trois pandémies. Nous avons pu tester expérimentalement cette hypothèse en mettant au point un système original de génotypage de Y. pestis que nous avons appelé multi spacer typing. Cette technique repose sur le séquençage de plusieurs fragments d’ADN qui séparent les gènes dans le chromosome de Y. pestis. Après avoir montré que cette approche permettait effectivement le génotypage de la bactérie sur une collection de souches, nous avons appliqué cette technique à des échantillons de pulpe dentaire d’individus de charnier des deux pestes historiques14. Ce travail nous a permis d’établir que seule la variété Orientalis était retrouvée dans les échantillons anciens. Cette variété étant responsable de la pandémie actuelle qui a débuté en 1894 à Hong Kong, est probablement la seule capable d’engendrer le phénomène pandémique, les autres variétés ayant un potentiel épidémique plus limité. Ces résultats ont été confirmés par une autre approche dans le laboratoire (M. Drancourt, non publié). Par ailleurs, notre laboratoire a contribué à l’étude des bartonelloses anciennes. Les bactéries du genre Bartonella infectent les mammifères dont l’homme, et chaque espèce mammifère est réservoir de plusieurs espèces de Bartonella. Chez l’homme, Bartonella quintana est transmise par le pou de corps Pediculus humanus corporis, qui infestait vraisemblablement la majorité des individus il y a quelques siècles15. Nous avons ainsi diagnostiqué la présence d’ADN de B. quintana dans la pulpe dentaire d’un individu daté de 4 000 ans16 et nous avons montré la présence de Bartonella henseale dans son réservoir, le chat, en époque médiévale17. B. henseale est la bactérie responsable de la maladie des griffes du chat, responsable d’inflammation des ganglions visibles et palpables en région cervicale. La maladie des griffes du chat est une maladie spontanément résolutive en quelques semaines. Ces données nous ont permis d’avancer l’hypothèse qu’une partie des “écrouelles” guéries par les rois de France et d’Angleterre était en fait des maladies des griffes du chat, de guérison spontanée. Enfin, nous avons récemment montré l’infection des soldats de la Grande Armée lors de la retraite de Russie par deux bactéries transmises par le pou de corps, B. quintana et Rickettsia prowazekii, la bactérie responsable du typhus épidémique18. Peu de travaux ont été consacré aux tréponématoses dont la syphilis19, malgré les controverses qui entourent la dynamique de cette infection.

  • 20 Taubenberger & Morens 2006.
  • 21 Fornaciari & Marchetti 1986.

8En virologie, la principale contribution concerne l’étude de la grippe espagnole à partir de tissus pulmonaires fixés et de tissus congelés prélevés à partir de corps ensevelis dans le permafrsot en Alaska20. Un ensemble remarquable de travaux ont permis d’analyser les principaux gènes de virulence du virus (gènes codant l’héagglutinine et la neuraminidase) puis de reconstituer au laboratoire de sécurité P4 un virus entier, et d’en montrer la sensibilité aux antiviraux, qui n’étaient pas disponibles lors de l’épidémie. Il existe un travail ayant montré par immunodétection et microscopie électronique la présence du virus de la variole dans les tissus cutanés d’une momie italienne d’époque renaissance21.

  • 22 Bouchet 1997 et Bouchet et al. 2001.
  • 23 Capasso & Di Tota 1998.

9Enfin, plusieurs travaux ont étudié la présence de parasites intestinaux22 et d’ectoparasites humains, essentiellement les poux de corps23.

Conclusions et perspectives

10La paléomicrobiologie est un champ thématique émergent qui a déjà contribué à l’étude des maladies infectieuses et des épidémies anciennes. La continuelle mise à disposition de nouvelles techniques diagnostiques par le laboratoire de microbiologie contribuera plus encore à l’étude des maladies infectieuses anciennes. Celle-ci requière des travaux collaboratifs avec les anthropologues et la prise en compte de l’échantillonnage dès le moment de la fouille, par le respect de simples protocoles de prélèvements, d’étiquetage et d’échantillonnage. En particulier, l’analyse des restes animaux et la recherche systématique d’ectoparasites autour des restes humains contribueront à l’étude de l’épidémiologie des maladies infectieuses et des épidémies anciennes. Ces travaux fournissent à l’anthropologue et à l’historien des faits démontrés sur lesquels bâtir leurs réflexions. Ils donnent des bases d’analyse des maladies infectieuses, notamment des maladies infectieuses émergentes en décryptant l’évolution des épidémies au cours des siècles passés.

Bibliographie

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Notes

1 Raoult et al. 2006.

2 Zink et al. 2002.

3 Raoult et al. 2000.

4 Redmond et al. 1998.

5 Drancourt & Raoult 2005.

6 Nerlich et al. 1993 ; Spigelman & Lemma 1993.

7 Crubezy et al. 1998.

8 Rafi et al. 1994.

9 Yersin 1894.

10 Wiechmann & Grupe 2005.

11 Papagrigorakis et al. 2006.

12 Papagrigorakis et al. 2006.

13 Davignat 1951.

14 Drancourt et al. 2004.

15 Araujo et al. 2000.

16 Drancourt et al. 2005.

17 La et al. 2004.

18 Raoult et al. 2006.

19 Fornaciari et al. 1989.

20 Taubenberger & Morens 2006.

21 Fornaciari & Marchetti 1986.

22 Bouchet 1997 et Bouchet et al. 2001.

23 Capasso & Di Tota 1998.

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