Des ossements humains anciens révèlent la plus ancienne souche connue de la peste
Un chasseur-cueilleur de 5 000 ans déjà infesté par Yersinia pestis
La plus ancienne victime de la peste noire était un chasseur-cueilleur de 5 000 ans – avait la plus ancienne souche connue de la peste
Première victime connue de la peste au monde identifiée dans les restes d’un chasseur-cueilleur de 5000 ans en Lettonie
Un chasseur-cueilleur de 5 000 ans déjà infesté par Yersinia pestis
Un génome de Yersinia pestis (RV 2039) vieux de 5 000 ans est reconstitué à partir d’un chasseur-pêcheur-cueilleur (5300-5050 cal BP) enterré à Riņņukalns, en Lettonie. RV 2039 est la première d’une série d’anciennes souches qui ont évolué peu de temps après la scission de Y. pestis de son ancêtre Y. pseudotuberculosis il y a environ 7 000 ans. Les caractéristiques génomiques et phylogénétiques de RV 2039 sont compatibles avec l’hypothèse selon laquelle cette forme très précoce de Y. pestis était très probablement moins transmissible et peut-être même moins virulente que les souches ultérieures. Nos données ne supportent pas le scénario d’une pandémie de peste pulmonaire préhistorique, comme suggéré précédemment pour le déclin néolithique. La distribution géographique et temporelle des quelques cas préhistoriques de Y. pestis signalés jusqu’à présent est plus en accord avec des événements zoonotiques uniques.
Un chasseur-cueilleur de 5 000 ans déjà infesté par Yersinia pestis
Points forts
- Yersinia pestis est découverte chez un chasseur-cueilleur letton âgé de 5 000 ans
- Y. pestis est apparu il y a environ 7 000 ans au début du Néolithique
- L’individu infecté pourrait représenter un cas de peste septicémique due à une zoonose
- Résumé Un génome de Yersinia pestis (RV 2039) vieux de 5 000 ans est reconstitué à partir d’un chasseur-pêcheur-cueilleur (5300–5050 cal BP) enterré à Riņņukalns, en Lettonie. RV 2039 est la première d’une série d’anciennes souches qui ont évolué peu de temps après la scission de Y. pestis de son ancêtre Y. pseudotuberculosis il y a environ 7 000 ans. Les caractéristiques génomiques et phylogénétiques de RV 2039 sont compatibles avec l’hypothèse selon laquelle cette forme très précoce de Y. pestis était très probablement moins transmissible et peut-être même moins virulente que les souches ultérieures. Nos données ne supportent pas le scénario d’une pandémie de peste pulmonaire préhistorique, comme suggéré précédemment pour le déclin néolithique. La répartition géographique et temporelle des quelques rares préhistoriquesLes cas de Y. pestis signalés jusqu’à présent correspondent davantage à des événements zoonotiques uniques.
Figure 1 Site de RiņņukalnsAprès la Seconde Guerre mondiale, les crânes de Riņņukalns semblaient avoir disparu et leur localisation était réputée inconnue, mais en 2011, les crânes ont été redécouverts dans la collection anthropologique Rudolf Virchow réinventorisée du BGAEU, où ils avaient apparemment été conservés. Parallèlement à la recherche des crânes, de nouveaux travaux de terrain sur le site de Riņņukalns ont permis de détecter deux sépultures supplémentaires, celles d’un homme adulte (2017/1) et d’un nouveau-né (2018/1) ( Tableau 1 ).
Aussi, pour ces restes osseux, la stratigraphie archéologique indiquait une origine préhistorique. Les quatre spécimens, y compris RV 1852 et RV 2039 de la collection Virchow, ont ensuite été datés au radiocarbone à 5300–5050 cal (années calibrées) BP, confirmant ainsi l’évaluation originale de Sievers . Les individus enterrés dans le dépotoir appartenaient à un groupe complexe de chasseurs-pêcheurs-cueilleurs. Ils vivaient très probablement dans des colonies semi-permanentes ou permanentes sur les rives de la rivière Salaca. Les précieuses ressources alimentaires aquatiques fournissaient certainement suffisamment de nourriture pour une habitation toute l’année
Comme on ne sait pas grand-chose de la composition génomique des chasseurs-cueilleurs qui vivaient dans le nord-est de l’Europe il y a 5 000 ans ou de leur charge de morbidité infectieuse, nous avons soumis les quatre individus Riņņukalns à une analyse de l’ADN ancien (ADNa) qui comprenait également un dépistage des agents pathogènes. Étonnamment, chez un mâle, nous avons identifié le génome de Yersinia pestis , l’agent infectieux responsable d’au moins trois épidémies historiques de peste . Notre découverte présente des preuves de cette bactérie chez un chasseur-cueilleur et éclaire davantage les toutes premières phases de l’évolution et de la diversification de Y. pestis .
Résultats
Nous avons généré des séquences de fusil de chasse à l’échelle du génome à partir de divers éléments squelettiques (dents, os pétreux) des quatre individus de Riņņukalns ( tableau 1 ). Nous avons examiné les ensembles de données pour détecter la présence d’agents pathogènes bactériens et viraux connus en utilisant un pipeline interne établi. Dans l’échantillon RV 2039 ( Figure 1 ; daté de 5300–5050 cal BP), nous avons observé des lectures spécifiques à Y. pestis qui montraient des schémas de dommages typiques de l’ADNa et des distributions de longueur, confirmant ainsi l’origine ancienne des séquences ( Tableau 1 ). Les autres extraits n’ont pas donné de signes de Y. pestis . Pour RV 2039, nous avons reconstruit le génome de Y. pestis (c’est-à-dire le chromosome, les plasmides pCD1 et pPCP1) avec une couverture élevée ( tableau 1 ). Le plasmide pMT1 était dépourvu d’une région de 20 kb contenant le facteur de virulence ymt ; cette caractéristique a été signalée précédemment pour d’autres souches anciennes de Y. pestis. L’analyse phylogénétique de 278 génomes (dont RV 2039, 276 génomes de Y. pestis anciens et modernes publiés précédemment et un génome de Y. pseudotuberculosis ; tableau S1 ) a placé le RV 2039 basal sur toutes les bactéries Y. pestis connues ( Figure 2 ). 
La souche Riņņukalns avait son propre clade et a marqué le premier événement de ramification après la scission de la bactérie Y. pseudotuberculosis . RV 2039 était clairement séparé de toutes les souches néolithiques et de l’âge du bronze postérieures ( Figure 3 ). Une analyse TempEst basée sur 42 génomes sélectionnés, dont RV 2039, a indiqué un signal temporel dans la phylogénie moléculaire ( Figure S1). Pour estimer les temps de divergence, nous avons effectué des analyses d’horloge moléculaire en utilisant BEAST2 avec deux exécutions indépendantes. La première exécution est basée sur un arbre de départ enraciné, que BEAST2 est autorisé à modifier ; dans la deuxième exécution, aucun arbre de départ n’a été fourni ( figures 3 et S2 ). Les résultats des deux analyses étaient congruents et ont montré que RV 2039 divergeait de toutes les autres bactéries Y. pestis ∼7100 cal BP (avec arbre de départ, 8693–5669 cal BP; sans arbre de départ, 8895–5733 cal BP). La scission entre Y. pestis et Y. pseudotuberculosis a été datée d’environ 7400 cal BP (avec arbre de départ, 9069–5782 cal BP; sans arbre de départ, 9223–5833 cal BP). 
Figure 2 Arbre du maximum de vraisemblance
Figure 3 Estimation de l’horloge moléculaire (sans arbre de départ) des souches modernes et anciennes de Y. pestis
L’étude de la structure génomique du RV 2039 a conduit à la découverte de 106 SNP exclusifs qui ne sont pas connus pour avoir un effet sur les facteurs de virulence ( tableau S2 ). Hormis le gène ymt , dont l’absence est spécifique du clade Néolithique/Age du Bronze, aucun autre facteur de virulence ne manquait. Les gènes associés à la virulence ureD , flhD et pde2 et l’activateur du plasminogène pla présentaient les états ancestraux, comme déjà montré pour les lignées néolithique et de l’âge du bronze. Les résultats des analyses génomiques et phylogénétiques ont été étayés par l’âge archéologique de RV 2039, ce qui en fait l’une des premières lignées de l’ évolution de Y. pestis .
Pour confirmer la présence de Y. pestis dans le RV 2039 au niveau protéique, nous avons effectué une analyse protéomique basée sur la chromatographie liquide-spectrométrie de masse (LC-MS). Nous avons identifié trois peptides différents à partir de trois protéines spécifiques de Y. pestis ( Figure S3 ), ainsi qu’environ 118 protéines humaines.
La teneur en ADN endogène humain dans les quatre ensembles de données était suffisante pour effectuer des analyses de parenté et de génomique de la population chez les quatre individus de Riņņukalns ( tableau 1 ). L’analyse de la parenté n’a pas fourni de preuves de parenté entre les quatre individus enterrés dans le tas de coquillages. Tous les quatre portaient une grande composante d’ascendance génomique spécifique aux chasseurs-cueilleurs. En particulier, ils avaient une forte affinité avec les chasseurs-cueilleurs d’Europe de l’Est ( Figure S4 ), qui habitaient une vaste zone s’étendant de la mer Baltique à la steppe pontique-caspienne.
Discussion : Nous avons reconstruit un génome de Y. pestis vieux de 5 000 ans (RV 2039) à partir des restes d’un homme adulte (daté de 5300 à 5050 cal BP) qui a été enterré dans le tas de coquillages de Riņņukalns, en Lettonie. Ce diagnostic a été confirmé indépendamment par la détection de trois protéines spécifiques de Y. pestis dans l’échantillon. RV 2039 est basal pour toutes les bactéries Y. pestis anciennes ou modernes connues . Il représente une lignée très ancienne et indépendante qui a émergé il y a environ 7 000 ans, quelques centaines d’années seulement après la scission du clade Y. pestis de son ancêtre Y. pseudotuberculosis . Notre date de 7400 cal BP pour cette scission est d’environ 1 000 ans plus tôt que les estimations précédemment rapportées. La ramification à grande échelle et le rayonnement géographique ultérieurs de Y. pestis se sont produits il y a entre 7 000 et 5 000 ans . Cette période coïncide avec le début de la période néolithique en Europe (∼7500–5000 cal BP) plutôt qu’avec son déclin, comme suggéré précédemment.
RV 2039 marque le début de l’évolution de Y. pestis et est la première d’une série d’anciennes souches qui ont finalement disparu. RV 2039 et son parent légèrement plus jeune, le génome Gok2 d’un agriculteur néolithique en Suède (daté de 5040–4867 cal BP), sont sur des branches distinctes et les deux sont distincts des souches néolithiques et de l’âge du bronze datant plus tard. Outre RV 2039 et Gok2, quatre autres génomes très précoces de Y. pestis ont été identifiés dans des restes humains d’Estonie, de Lituanie et de Suède, reflétant une accumulation notable de découvertes positives pour Y. pestis dans le nord-est de l’Europe
Des preuves archéologiques et isotopiques ont clairement montré que l’individu infecté de Riņņukalns suivait un mode de vie et un régime alimentaire (basés sur les ressources en eau douce) qui sont généralement associés aux chasseurs-cueilleurs de la région de la Baltique à cette époque. Les données génomiques humaines confirment cette affiliation culturelle et indiquent un lien fort avec les chasseurs-cueilleurs orientaux qui parcouraient la zone de steppe forestière entre la mer Noire et la mer Baltique au cours du 6 e millénaire cal BP. L’emplacement de la «porte d’entrée» de Riņņukalns et les artefacts archéologiques montrent que le site faisait partie intégrante d’un échange à longue distance via les réseaux fluviaux de la plaine d’Europe orientale . Un tel système d’échange s’est évidemment entretenu grâce à des contacts intensifs et réguliers entre groupes humains.
Le Y. pestis moderne peut être transmis des animaux (p. ex., les rongeurs) aux humains. Il est possible que les chasseurs-cueilleurs, qui tuaient fréquemment des rongeurs pour se nourrir ou se décorer, aient contracté Y. pestis ou son ancêtre Y. pseudotuberculosis directement sur les animaux. Fait intéressant, sur le site de Riņņukalns, le castor ( fibre de ricin ) était l’espèce la plus fréquemment enregistrée parmi les découvertes archéozoologiques fouillées par Sievers . Les castors sont un vecteur commun de Y. pseudotuberculosis , qui précède directement notre souche précoce de Y. pestis. Malgré cette observation intéressante, on ignore dans quelle mesure les chasseurs-cueilleurs ont pu jouer un rôle dans l’émergence zoonotique, l’évolution précoce ou la propagation de Y. pestis.
Bien que le chasseur-cueilleur de Riņņukalns ait été infecté par Y. pestis , il n’est pas clair si ou dans quelle mesure il a été réellement affecté par la peste. RV 2039 ne possédait pas encore les composants génétiques nécessaires à l’adaptation des puces pour transmettre efficacement la bactérie à l’hôte humain (peste bubonique). Cependant, les données génomiques suggèrent qu’il était théoriquement capable de se propager aux poumons (peste pulmonaire) et d’infecter d’autres hôtes via des gouttelettes. Cependant, la peste pulmonaire est rare aujourd’hui et était aussi très probablement rare dans le passé. De plus, l’absence de la mutation I259T dans le gène pla peut avoir compromis les capacités de dissémination du RV 2039, ne permettant que des épidémies localisées de peste pulmonaire . Le RV 2039 pourrait également avoir été transmis directement par la morsure d’un rongeur ou d’un carnivore, entraînant une peste septicémique généralement limitée à l’individu infecté. De plus, en ce qui concerne les autres facteurs de virulence, RV 2039 présentait systématiquement les allèles ancestraux typiques de Y. pseudotuberculosis , une bactérie entérique également connue pour provoquer des maladies.
Certes, jusqu’à présent, aucune information expérimentale n’est disponible sur la pathogénicité des anciennes souches de Y. pestis . Par conséquent, il est difficile d’évaluer leur capacité à provoquer une maladie aux proportions épidémiques. Les conséquences possibles d’une infection pour une population en termes de charge de morbidité sont encore inconnues. Cependant, sur la base des données génomiques, il ne peut être exclu que RV 2039 et les autres formes précoces aient été moins transmissibles que les souches ultérieures, entraînant uniquement des épidémies locales. Dans ce contexte, il est intéressant de noter que presque tous les individus préhistoriques infectés (hormis Gok2) représentaient des cas sporadiques et étaient régulièrement inhumés dans des sépultures simples ou multiples. 
De plus, l’homme de Riņņukalns a été soigneusement enterré, de même que les trois autres individus contemporains chez lesquels nous n’avons trouvé aucune trace de Y. pestis . Ces découvertes vont à l’encontre d’une infestation de l’ensemble du groupe par une bactérie qui tue ses hôtes en quelques jours, comme on pourrait s’y attendre pour la peste pulmonaire. Ainsi, il est concevable que l’ individu positif à Y. pestis ait contracté la bactérie via une morsure d’animal (zoonose), entraînant la forme septicémique de la peste. A ce stade, il semble prématuré d’associer la présence précoce de Y. pestisgénomes dans une douzaine de squelettes humains à travers le vaste continent eurasien et sur une période d’environ 2 millénaires avec une pandémie de peste pulmonaire préhistorique, comme cela a été fait récemment. Un tel schéma de distribution semble plus cohérent avec le scénario d’événements zoonotiques isolés dans des zones peu peuplées.
Notre étude montre la puissance de la technologie moderne de séquençage de l’ADNa pour détecter les agents pathogènes anciens, en particulier les bactéries telles que Y. pestis qui ne laissent pas de lésions révélatrices sur les os. Avec la boîte à outils scientifique disponible à l’époque, Virchow n’était pas en mesure de diagnostiquer la peste sur le crâne de Riņņukalns. Cependant, grâce à l’approche scientifique progressive de Virchow, les restes fouillés par Sievers ont été stockés dans sa collection, où ils ont survécu aux vicissitudes du temps indemnes, de sorte qu’un diagnostic ultérieur était encore possible, même après 145 ans. 
Des ossements humains anciens révèlent la plus ancienne souche connue de la peste
L’analyse de l’ADN montre qu’elle est apparue il y a 7 100 ans et qu’elle était moins virulente que la souche Black Death
La plus ancienne souche connue de la bactérie responsable de la peste, Yersinia pestis, a été retrouvée dans les os et les dents d’un homme enterré il y a des milliers d’années dans l’actuelle Lettonie.
L’analyse génétique suggère que la souche Y. pestis qui a infecté l’homme est apparue il y a environ 7 100 ans , rapportent des chercheurs en ligne le 29 juin dans Cell Reports . Il usurpe le précédent détenteur du record, trouvé dans une fosse commune scandinave vieille de 5 000 ans associée à une possible épidémie de peste (SN : 12/6/18) . Les os de l’homme letton ont également environ 5 000 ans, mais la comparaison ADN suggère qu’il a contracté une souche moins virulente qui est apparue 1 000 ans plus tôt dans l’ histoire de Y. pestis que celle trouvée sur le site scandinave.
L’ADN bactérien suggère également que l’ancienne victime de la peste n’a pas développé de pustules ni infecté sa famille. Et la souche n’avait pas le gène de la transmission rapide de la puce à l’homme, qui a évolué il y a peut-être 3 800 ans et a conduit plus tard à des épidémies de peste bubonique, explique Ben Krause-Kyora, archéologue et biochimiste à l’Université de Kiel en Allemagne.
Il est probable que cette souche de peste précoce ait été transmise aux humains par des rencontres isolées, telles que des morsures de rongeurs, concluent Krause-Kyora et ses collègues. L’homme a été soigneusement enterré et l’équipe n’a pas trouvé de fosses communes ni d’infection à Y. pestis dans l’ADN d’autres personnes, ce qui suggère que les habitants de la région ne faisaient pas face à une épidémie (SN : 1/6/21) . Sans antibiotiques, l’homme a probablement succombé à son infection.
Bien que ce Y. pestis soit la souche la plus ancienne jamais trouvée, il a finalement disparu, remplacé par d’autres versions plus virulentes – un destin commun dans l’histoire évolutive des bactéries et des virus. Les souches ultérieures de Y. pestis ont peut-être été plus contagieuses, mais des rencontres isolées comme celle-ci peuvent aider les scientifiques à comprendre les débuts de la peste. « Peut-être que ce sont vraiment des événements uniques au début, puis de plus en plus graves, avant que cela ne devienne vraiment dramatique à l’époque médiévale », dit Krause-Kyora.
La plus ancienne victime de la peste noire était un chasseur-cueilleur de 5 000 ans – avait la plus ancienne souche connue de la peste
La plus ancienne souche de Yersinia pestis – la bactérie à l’origine de la peste qui a causé la peste noire, qui a peut-être tué jusqu’à la moitié de la population européenne dans les années 1300 – a été retrouvée dans les restes d’un chasseur-cueilleur de 5 000 ans. Une analyse génétique publiée le 29 juin 2021 dans la revue Cell Reports révèle que cette ancienne souche était probablement moins contagieuse et pas aussi mortelle que sa version médiévale.
« Ce qui est le plus étonnant, c’est que nous pouvons repousser l’apparition de Y. pestis 2 000 ans plus loin que ne le suggéraient les études publiées précédemment », déclare l’auteur principal Ben Krause-Kyora, directeur du laboratoire d’ADNa à l’Université de Kiel en Allemagne. « Il semble que nous soyons vraiment proches de l’origine de la bactérie. »
Le chasseur-cueilleur porteur de peste était un homme de 20 à 30 ans appelé « RV 2039 ». Il était l’une des deux personnes dont les squelettes ont été découverts à la fin des années 1800 dans une région appelée Riņņukalns dans l’actuelle Lettonie. Peu de temps après, les restes des deux ont disparu jusqu’en 2011, date à laquelle ils sont réapparus dans le cadre de la collection de l’anthropologue allemand Rudolph Virchow. Après cette redécouverte, deux autres sépultures ont été découvertes sur le site pour un total de quatre spécimens, probablement du même groupe de chasseurs-pêcheurs-cueilleurs.Krause-Kyora et son équipe ont utilisé des échantillons de dents et d’os des quatre chasseurs-cueilleurs pour séquencer leurs génomes, puis les ont testés pour les agents pathogènes bactériens et viraux. Ils ont été surpris de trouver des preuves de Y. pestis dans le RV 2039 – et après avoir reconstruit le génome de la bactérie et l’avoir comparé à d’autres souches anciennes, les chercheurs ont déterminé que le Y. pestis RV 2039 transporté était en effet la plus ancienne souche jamais découverte. Il faisait probablement partie d’une lignée qui a émergé il y a environ 7 000 ans, quelques centaines d’années seulement après la séparation de Y. pestis de son prédécesseur, Yersinia pseudotuberculosis .
«Ce qui est si surprenant, c’est que nous voyons déjà dans cette souche précoce plus ou moins l’ensemble génétique complet de Y. pestis , et seuls quelques gènes manquent. Mais même un petit changement dans les paramètres génétiques peut avoir une influence considérable sur la virulence », explique Krause-Kyora.
En particulier, il manquait à cette ancienne souche une chose cruciale : le gène qui a d’abord permis aux puces d’agir comme vecteurs pour propager la peste. Ce gène était responsable de la transmission efficace de la bactérie aux hôtes humains, ce qui a entraîné la croissance des bubons tristement grotesques remplis de pus chez les malades associés à la peste bubonique médiévale. La transmission par les puces a également nécessité la mort de l’hôte humain, ce qui signifie que l’apparition du gène aurait pu entraîner l’évolution d’une maladie plus mortelle.
À partir du RV 2039, il a probablement fallu plus de mille ans à Y. pestis pour acquérir toutes les mutations nécessaires à la transmission par les puces. Et il n’est pas clair dans quelle mesure le RV 2039 a subi les effets de la peste.
Y. pestis a été trouvé dans sa circulation sanguine, ce qui signifie qu’il est probablement mort de l’infection bactérienne – bien que les chercheurs pensent que l’évolution de la maladie aurait pu être assez lente. Ils ont observé qu’il avait un nombre élevé de bactéries dans son sang au moment de sa mort, et dans des études antérieures sur des rongeurs, une charge bactérienne élevée de Y. pestis a été associée à des infections moins agressives. De plus, les personnes à proximité desquelles il a été enterré n’étaient pas infectées et le RV 2039 a été soigneusement enterré dans sa tombe, ce qui, selon les auteurs, rend également moins probable une version respiratoire hautement contagieuse de la peste.
Au lieu de cela, cette souche vieille de 5 000 ans a probablement été transmise directement par la morsure d’un rongeur infecté et ne s’est probablement pas propagée au-delà de la personne infectée. « Des cas isolés de transmission des animaux aux humains pourraient expliquer les différents environnements sociaux où ces anciens humains malades sont découverts. Nous le voyons dans les sociétés qui sont des éleveurs dans la steppe, des chasseurs-cueilleurs qui pêchent et dans les communautés d’agriculteurs – des contextes sociaux totalement différents mais toujours des cas spontanés de Y. pestis », explique Krause-Kyora.
Ces conclusions – selon lesquelles la forme précoce de Y. pestis était probablement une maladie lente et peu transmissible – remettent en question de nombreuses théories sur le développement de la civilisation humaine en Europe et en Asie. Par exemple, certains historiens ont suggéré que des maladies infectieuses comme Y. pestis évoluaient principalement dans des mégalopoles de plus de 10 000 habitants près de la mer Noire. Cependant, il y a 5 000 ans – l’âge de la souche de RV 2039 – c’était bien avant la formation des grandes villes. Au lieu de cela, l’agriculture commençait à peine à apparaître en Europe centrale et les populations étaient beaucoup plus clairsemées.
Les auteurs disent que l’examen de l’histoire de Y. pestis pourrait également faire la lumière sur l’histoire génomique humaine. « Les différents agents pathogènes et le génome humain ont toujours évolué ensemble. Nous savons que Y. pestis a très probablement tué la moitié de la population européenne en peu de temps, il devrait donc avoir un impact important sur le génome humain », déclare Krause-Kyora. « Mais même avant cela, nous constatons un renouvellement majeur de nos gènes immunitaires à la fin du néolithique, et il se pourrait que nous assistions à un changement significatif dans le paysage des agents pathogènes à cette époque également. »
Cette image montre le site de Riukalns, un tas de coquillages de l’âge de pierre sur les rives de la rivière Salaca près de l’exutoire du lac Burtniek.
Ancient human bones reveal the oldest known strain of the plague
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124721006458