De nombreux Européens sont porteurs de mutations génétiques qui ont protégé leurs ancêtres de la peste bubonique, ont rapporté mercredi des scientifiques dans la revue Nature.
Lorsque la peste noire a frappé l’Europe en 1348, l’infection bactérienne a tué de larges pans de personnes à travers le continent, entraînant la plus forte impulsion de sélection naturelle jamais mesurée chez l’homme, selon la nouvelle étude.
Il s’avère que certaines variantes génétiques rendaient les gens beaucoup plus susceptibles de survivre à la peste. Mais cette protection a un prix : les personnes qui héritent des mutations résistantes à la peste courent un risque plus élevé de troubles immunitaires tels que la maladie de Crohn.
“Ce sont les effets secondaires malheureux de la sélection à long terme pour la protection”, a déclaré Hendrik Poinar, généticien à l’Université McMaster au Canada et auteur de la nouvelle étude.
La peste bubonique est causée par Yersinia pestis, une espèce de bactérie propagée par les puces. Bien que la peste infecte les gens depuis des milliers d’années, elle a frappé l’Europe médiévale avec une férocité intense qui a conduit les scientifiques à se demander si la peste noire avait changé la constitution génétique de l’Europe.
“Nous nous attendrions à voir un changement majeur”, a déclaré Poinar.
L’idée a un sens évolutif fondamental : lorsque de nombreux organismes meurent, les survivants transmettent des mutations qui les ont protégés de la mort. Pendant la révolution industrielle, par exemple, les papillons poivrés sont passés d’une coloration légèrement mouchetée à une coloration sombre. Ce changement a été provoqué par la fumée de charbon qui noircissait les arbres où les papillons se reposaient. Les papillons sombres étaient mieux en mesure de se cacher des oiseaux et ont survécu pour transmettre leurs gènes.
Lorsque la peste noire a frappé, il n’y avait pas de biologistes évolutionnistes pour documenter son impact. Dans les années 1990, certains scientifiques ont recherché des indices en étudiant l’ADN d’Européens vivants. Une mutation dans un gène, appelée CCR5, est présente chez 10 % des Européens mais rare chez les autres personnes. En 1998, des chercheurs ont proposé que le gène aurait pu offrir une protection pendant la peste noire.
Mais des recherches ultérieures ont montré qu’il était impossible d’exclure que la mutation CCR5 se soit propagée en réponse à une autre maladie à un autre moment de l’histoire. “C’est quelque chose dont beaucoup de gens parlent mais qui est très difficile à démontrer”, a déclaré Luis Barreiro, généticien des populations à l’Université de Chicago et auteur de la nouvelle étude.
Au lieu d’étudier des personnes vivantes, Barreiro, Poinar et leurs collègues ont examiné l’ADN de personnes qui vivaient il y a des siècles, extrayant du matériel génétique de restes humains enterrés dans trois cimetières londoniens. Ils ont trouvé des fragments d’ADN dans 318 squelettes qui avaient vécu entre 1000 et 1500. Les restes comprenaient 42 victimes de la peste noire.
En comparant les os d’avant et d’après la peste, les scientifiques ont découvert une différence frappante dans l’ADN : des centaines de mutations dans les gènes impliqués dans l’immunité sont devenues plus courantes après l’épidémie.
Ce changement n’était pas une preuve en soi que les mutations conféraient un avantage évolutif. Les biologistes savent depuis longtemps que les mutations peuvent devenir plus fréquentes dans une population grâce aux aléas de l’histoire – un processus appelé dérive génétique.
Il peut être difficile de déterminer si une mutation commune est apparue à cause de la dérive génétique ou de la sélection naturelle. Une façon de faire la différence est la vitesse : dans des conditions extrêmes, la sélection naturelle peut propager une mutation beaucoup plus rapidement que la dérive génétique.
Pour comparer sélection naturelle et dérive génétique, Barreiro et ses collègues sont retournés à l’ADN des Londoniens pour un autre regard. Ils ont profité du fait que de grandes portions de notre ADN ne contiennent aucun gène actif. Il est peu probable que les mutations qui frappent ces tronçons causent des dommages. Ils sont également peu susceptibles d’apporter des avantages. Ils ne se propagent que grâce à la dérive génétique.
Barreiro et ses collègues ont découvert que certaines de ces mutations neutres sont devenues plus courantes après la peste noire. Mais 35 des mutations des gènes immunitaires se sont propagées beaucoup plus rapidement que les gènes neutres – si vite que seule la sélection naturelle pourrait expliquer leur succès.
Pour un autre test, les scientifiques ont répété leur expérience, cette fois au Danemark.
Ils ont trouvé de l’ADN dans les squelettes de 198 Danois qui ont vécu entre 850 et 1800. Des mutations dans les gènes immunitaires se sont également propagées rapidement au Danemark après la peste noire, ont-ils découvert. Lorsque les scientifiques ont aligné les mutations des échantillons de Londres et du Danemark, ils en ont trouvé quatre qui s’étaient propagées dans les deux populations. Ces quatre mutations se sont propagées si rapidement à Londres et au Danemark qu’elles ont dû fournir une protection impressionnante contre la peste.
Les chercheurs ont découvert que le fait de porter deux versions protectrices d’un gène appelé ERAP2, par exemple, rendait les gens 40% plus susceptibles de survivre à la peste noire – le plus grand avantage évolutif jamais trouvé chez l’homme, a déclaré Barreiro.
“C’est en fait choquant”, a déclaré David Enard, un biologiste de l’évolution à l’Université de l’Arizona qui n’a pas participé à la nouvelle étude.
Enard a déclaré que l’étude était particulièrement convaincante grâce à la façon dont les scientifiques ont exclu la dérive génétique. “Ce qui donne vraiment à cette étude son pouvoir a à voir avec toute cette approche de conception de comparaisons minutieuses”, a-t-il déclaré.
ERAP2 fabrique une protéine impliquée dans la réponse immunitaire aux bactéries et virus envahisseurs. Lorsqu’une cellule immunitaire avale un agent pathogène, elle présente à sa surface les protéines de l’envahisseur. Ils servent d’alarme au reste du système immunitaire. Le travail d’ERAP2 consiste à couper des morceaux de protéines étrangères pour les préparer à leur affichage.
Des milliards de personnes possèdent une version du gène ERAP2 avec une mutation qui empêche les cellules de fabriquer sa protéine. Mais les personnes atteintes de cette version du gène ne subissent pas de préjudice majeur. C’est probablement parce que les humains possèdent de nombreux autres gènes qui aident à présenter des protéines étrangères au système immunitaire.
Pendant la peste noire, Barreiro et ses collègues ont découvert que la sélection naturelle a favorisé la version de travail d’ERAP2. Pour mieux comprendre pourquoi, ils ont mélangé des bactéries Yersinia avec des cellules immunitaires de personnes possédant les deux versions du gène.
Les chercheurs ont découvert que deux copies de travail d’ERAP2 permettaient aux cellules immunitaires d’éliminer les bactéries. Sans cela, les cellules ont fait un travail bien pire.
Mais cette version du gène augmente également le risque de maladie de Crohn, un trouble dans lequel le système immunitaire attaque des bactéries amicales dans l’intestin et provoque une inflammation dommageable. Barreiro a déclaré qu’il était possible que l’ERAP2 soit trop bon dans son travail, sonnant l’alarme contre les amis et les ennemis. Les autres mutations que lui et ses collègues ont identifiées à partir d’ADN ancien ont également été liées à des troubles immunitaires.
Barreiro et ses collègues continuent d’étudier les gènes que l’évolution a favorisés pendant la peste noire, non seulement pour comprendre ce chapitre de l’histoire, mais aussi pour comprendre les gènes eux-mêmes. Le fait qu’ils aient subi une sélection naturelle aussi forte signifie très probablement qu’ils sont importants dans la lutte contre les maladies – et peut-être pas seulement contre la peste.
“C’était important dans le passé, et ça va très probablement être important aujourd’hui”, a déclaré Barreiro.
Cet article est initialement paru dans Le New York Times.
