Recherches collaboratives entre le Laboratoire AMIS, UMR5288 et ses partenaires russes

Contribution Forum 6 Juin Chantier Arctique

THEVES Catherine, KEYSER Christine, MAGNAVAL Jean François, NIKOLAEVA Dariya, GERARD Patrice, LUDES Bertrand, ALEKSEEV Anatoly, CRUBEZY Eric



Nous présentons ici les recherches collaboratives entre le Laboratoire AMIS, UMR5288 et ses partenaires russes ayant plusieurs aspects thématiques allant des problèmes de santé aux investigations archéologiques, historiques et biologiques des populations sibériennes contemporaines et du passé.





LABORATOIRE INTERNATIONAL ASSOCIÉ (LIA)

« Coevolution Human-Environment in Eastern Siberia »

« COSIE »

LUDES Bertrand, ALEKSEEV Anatoly, CRUBEZY Eric

Ce LIA a été créé entre le CNRS, l’Université Paul Sabatier Toulouse 3, l’Université de Strasbourg agissant conjointement et pour le compte du Laboratoire Anthropologie Moléculaire et Imagerie de Synthèse (AMIS, UMR 5288) en France, et l’Université Médicale d’Etat de Krasnoïarsk agissant pour le Laboratoire interdépartemental d’Anthropologie intégrative, l’Université Fédérale du Nord-Est agissant pour le Laboratoire interdisciplinaire « Evolution de la nature et de l’homme au Nord » et La Fondation Russe pour le Recherche Fondamentale en Fédération de Russie.

En raison des changements climatiques en cours, l’étude de l’interaction hommes-milieux en Sibérie sera l’un des objectifs majeurs à l’interface biologie/culture dans les années à venir et elle fera partie de celles qui auront des impacts économiques majeurs pour les populations vivant dans ces zones. En effet, les changements climatiques vont non seulement faire évoluer les modes de vie mais ils vont faire évoluer les biomes où vivent ces populations. Les aires de répartition de certaines maladies parasitaires et infectieuses vont s’étendre vers le nord et les changements induits par le climat et les changements sociaux-économiques vont être à l’origine de l’émergence et/ou de la réémergence de différentes maladies.

Dans ce contexte, le LIA « Coévolution hommes-milieux en Sibérie orientale » (COSIE) a pour objectif l’étude de l’interaction hommes-milieux sur le long terme en ciblant des zones bien définies de la Sibérie. Nous nous intéresserons, d’une part, à la répercussion de l’interaction hommes-milieux sur l’histoire du peuplement, et d’autre part, à la répercussion des changements actuels sur les populations en ciblant leur croissance, leur développement et les nouvelles maladies infectieuses et parasitaires auxquelles elles pourraient être soumises. Trois moments d’importance seront étudiés :

1/ La période contemporaine avec le dépistage systématique des maladies infectieuses et parasitaires dans des échantillons de populations bien choisies ainsi que l’étude de la croissance et de la morphologie de populations soumises à différents stress tels que la pollution.

2/ Les quatre derniers siècles avec l’arrivée des populations iakoutes à Verkhoïansk, puis l’arrivée des populations européennes à l’origine de maladies épidémiques parfois ré émergentes aujourd’hui.

3/ La période de 2000 avant notre ère aux débuts de celle-ci avec l’expansion des populations européennes depuis l’Ukraine puis leur absorption progressive par des populations d’origine asiatique.

Les moyens mis en œuvre pour étudier cette interaction seront la sérologie sur des groupes bien définis, la biologie humaine et l’impédancemétrie pour l’étude du développement des populations contemporaines, la génétique et la paléogénétique pour l’étude des peuplements humains.

La création du LIA COSIE représente une reconnaissance scientifique importante pour les trois laboratoires partenaires dont les chercheurs ont développé une expertise dans ces domaines et une grande expérience de collaboration avec le laboratoire AMIS, depuis 2004, pour l’Université de Iakoutsk et 2006, pour l’Université de Krasnoïarsk.





« Le Terrain en Iakoutie » GERARD Patrice, AI CNRS


Le programme initié, en Sibérie, par le Pr. E. Crubézy en 2002 avait pour ambition de répondre à la question de l’origine des Iakoutes. Qui sont ces éleveurs de chevaux et de vaches dans cette zone de Sibérie orientale peuplée de chasseur-cueilleurs et d’éleveurs de rennes ? La création en 2004 de la Mission Archéologique Française en Sibérie Orientale (MAFSO), soutenue massivement par le Ministère des Affaires Etrangères, a permis de structurer une équipe pluridisciplinaire franco-iakoute très complète tant sur le terrain (anthropologie, archéologie, ethnologie) qu’en laboratoire (biologie moléculaire en ADN ancien, peuplement humain, pathogènes).

Nous savons que les Iakoutes sont, lors de l’arrivée des cosaques russes au XVIIe siècle, localisés dans 3 zones géographiques distantes d’environ 1000 km, la Iakoutie centrale, « berceau des Iakoutes », la région de la Viliouï (affluent de la Lena) à l’ouest et la zone de Verkhoïansk au nord sous le cercle polaire.

La Iakoutie centrale a fait l’objet de fouille de 2002 à 2006, puis en 2009. Une cinquantaine de tombe ont été mises au jour, datées soit par dendrologie soit grâce à l’analyse des nombreux artefacts retrouvés dans les tombes mais aussi des modes d’inhumation pratiqués.

Dans la région de la Viliouï, neuf tombes d’intérêt ont été découvertes durant les campagnes de 2007 et 2008.

Depuis 2010, le soutient de Institut Polaire Français (IPEV), nous a permis d’explorer la région de Verkhoïansk située sous le cercle polaire. Nos travaux ont confirmé la présence ancienne des Iakoutes. Une trentaine de tombes ont été fouillées parfois dans des conditions difficiles.

Le pergélisol sur ces territoires présente un intérêt majeur pour la conservation des corps et du matériel associé à ces sujets, mais il rend parfois, quand il est encore présent au niveau du coffre et/ou cercueil, les fouilles impossibles.


« L’évolution de la culture Iakoute au sein l’aire sibérienne »
NIKOLAEVA Dariya, PhD, UVSQ

Après dix années de fouilles mené par la Mission Français en République Sakha, il est patent que nous relatons désormais l’histoire d’une entité culturelle, mais aussi politique, qui s’est étendue à la fin du XVIe et au début du XVIIe siècle sur plus d’un million de kilomètres carrés dans ce qui est aujourd’hui la Fédération de Russie. Jusqu’à présent, pour les histoires conventionnelles russes, soviétiques et occidentales, cette entité politique n’avait jamais existé. Elle a cependant tellement marqué ce que les Occidentaux appellent la Sibérie orientale que le pouvoir soviétique tenta d’en noyer la culture en y intégrant des populations d’origines asiatiques.

En replaçant au premier plan les sociétés autochtones et leurs motivations, nous redonnons vie à un champ historique qui, avant 1990, était inconnu des Occidentaux et qui en URSS étouffait sous les présupposés de l’Empire soviétique. Les travaux de la MAFSO se placent donc dans ce vaste mouvement qui explique l’histoire coloniale du point de vue des sociétés indigènes. Les différences entre les recherches historiques antérieures et les travaux de la MAFSO s’expliquent par deux points : l’importance des découvertes archéologiques et biologiques ainsi que la réorientation des points de vue. En ce qui concerne les découvertes, il faut souligner l’importance de la documentation matérielle mise au jour, l’apport de l’ADN ancien qui nous a permis de préciser des structures claniques existaient sur plusieurs milliers de kilomètres carrés et l’importance de l’échelle à laquelle nous avons travaillé qui nous a permis d’apprécier des ressemblances à plus de 800 km et d’explorer des territoires totalement inconnus jusque-là des historiens et des archéologues. En ce qui concerne les points de vue, nous n’avons pas considéré les événements en allant de la frontière coloniale vers l’intérieur mais antérieure du point de vue des Iakoutes allant vers l’extérieur de leur territoire. Considérés sous cet angle, leurs comportements prennent une nouvelle signification.

La christianisation, par exemple, n’apparaît plus comme difficile et progressive, mais comme une évolution des modes de vie et de croyance avec certainement des différences importantes au sein de la société. Les échanges avec les Européens ne sont plus forcément des marchés de dupes mais bien l’occasion de faire apparaître de nouvelles modes ostentatoires qui permirent à certains de s’imposer au sein de la société. La création de nouvelles colonies iakoutes ne fut pas une fuite mais bel et bien la recherche de nouveaux territoires de chasse et de pâture. Par ailleurs, les Iakoutes, en préservant l’essentiel de leur mode de vie traditionnel, forcèrent les colons à s’adapter à leur monde et à en partager certaines valeurs, comme les croyances à certaines formes de persistance des individus au-delà de la mort. Afin de dépasser les histoires conventionnelles qui évoquent les peuples autochtones de Sibérie, soit comme des peuples dont l’histoire commence avec l’arrivée des Russes, soit comme les victimes tragiques de leur expansion, nous essayons désormais de les dépeindre comme des acteurs historiques à part entière qui jouèrent un rôle fondateur dans l’histoire de la Sibérie moderne.

Pour cela nous nous appuyons sur les données croisées de l’archéologie, de l’ethnologie, de la biologie et de l’histoire. Il apparaît désormais que, plutôt qu’une évolution graduelle, l’emprise russe sur la Sibérie a plutôt été un processus par à-coups qui créa de nouveaux mondes pour tous ceux qui y furent impliqués. Si des sociétés autochtones disparurent, les Iakoutes s’adaptèrent, résistèrent, coopérèrent et finirent par créer un monde nouveau.

« Zoonoses et Arctique » Prof. J-F. Magnaval, MD, ScD


L'Homme agit sur son environnement, et celui-ci agit sur l'Homme. Dans le domaine de la santé, une majorité de maladies transmissibles et de nombreuses affections non transmissibles ont une origine environnementale. Concernant les premières, les concepts de biologie évolutive, vérifiés par des études moléculaires, ont démontré1 que toute infection humaine sensu lato a eu, au départ et parfois des centaines de milliers d'années en arrière, une origine environnementale et souvent animale. Les phénomènes de capture suivis de spéciation ont donné naissance aux affections spécifiquement humaines, mais une grande partie des maladies transmissibles, surtout dans les pays en développement, sont des zoonoses.

Les zoonoses ont été définies en 1959 par l'OMS comme les "maladies et infections qui se transmettent naturellement entre un vertébré et l'Homme". Elles peuvent être bactériennes, parasitaires ou virales, et sont classées en zoonoses à transmission directe, en cyclozoonoses qui impliquent plusieurs espèces de vertébrés, en métazoonoses à transmission par un vecteur ou par un hôte intermédiaire, et en saprozoonoses, transmises par le sol, l'eau ou les aliments. Les zoonoses constituent un problème médical particulier, car elles comprennent plusieurs des infections les plus graves et les plus répandues chez l'Homme. Les grandes épidémies du passé (peste noire, fièvre jaune, grippe espagnole) ont été des zoonoses. L'expérience de ces dernières années, avec l'émergence de nouveaux agents infectieux comme celui du SRAS, montrent que ces affections risquent d'alourdir le fardeau médical de l'humanité. Parce qu'elles impliquent d'autres espèces animales que l'Homme, les zoonoses illustrent "l'impérieuse nécessité de promouvoir, pour la recherche et la lutte contre les maladies, des relations largement interdisciplinaires […]".

Le rapport de l'Homme avec les affections zoonotiques peut revêtir deux aspects différents. Dans le premier cas, les interactions ont lieu dans des zones de la planète peuplées depuis longtemps par des communautés qui soit ont gardé un mode de vie traditionnel (chasseurs- cueilleurs, chasseurs-éleveurs), soit pratiquent une agriculture de subsistance. L'Homme, exposé alors depuis des millénaires aux mêmes agents infectieux d'origine animale, interagit alors avec eux et un processus adaptatif de coévolution se développe, qui tend à limiter la pathogénicité de ces agents. Dans le deuxième cas, l'Homme pénètre en masse dans un environnement où il était jusque-là peu représenté. Les modifications de l'écosystème, déforestation notamment, majorent alors l'exposition à des néo-pathogènes forcément plus agressifs. Par ailleurs, l'Homme peut aussi modifier l'environnement infectieux en introduisant des agents jusque-là absents et qui, trouvant un terrain (vecteur, hôtes intermédiaires) plus favorable que dans leur zone d'origine, vont extérioriser une virulence et une agressivité plus importantes.

Un exemple illustrant ce concept a été, à partir du XVIème siècle, la colonisation de l'Amérique tropicale qui a exposé les arrivants hispaniques aux leishmanioses cutanéomuqueuses forestières à Leishmania brasiliense, alors que les Indiens connaissaient surtout L. mexicana. Ces colons ont par ailleurs probablement introduit le virus amaril aux Amériques, et certainement Schistosoma mansoni, agent de la bilharziose digestive.

La zone arctique représente un terrain original pour l'étude des relations de l'Homme avec les zoonoses. Plus ou moins récemment colonisée par les nations riveraines, elle voit actuellement son environnement se modifier profondément et même se dégrader sous l'impact de l'exploitation du sol et du sous-sol. La santé des populations de ces régions est donc, plus

que dans les pays occidentalisés, liée à la situation environnementale par exposition aux maladies à transmission alimentaire ou vectorielle, soit au travers d'activités professionnelles et de pratiques nutritionnelles séculaires, soit du fait de l'émergence de nouveaux risques par perturbation de l'écosystème. Dans les deux cas, si l'on excepte les maladies infantiles, la tuberculose et la dissémination possible de l'infection par le VIH, les risques infectieux majeurs sont zoonotiques. La situation épidémiologique de certaines de ces zoonoses doit donc être précisée, en commençant par des études de séroprévalence.

Depuis 2007, le Service de Parasitologie du CHU de Toulouse et l’UMR 5288 CNRS / Université Paul-Sabatier ont collaboré avec l’Université de Yakutsk sur le problème des zoonoses en Sibérie Orientale. Une première mission a été conduite en Juillet 2007 à Viljusjk (Zone de taïga sub-arctique, à 200km S du cercle Polaire), dont les résultats ont été publiés. En 2012, une nouvelle mission conjointe a eu lieu en Mars dans la région de Verkhoyansk (taïga/ toundra). Les sérums recueillis sont en cours d’analyse.

Parallèlement, le Service de Parasitologie du CHU de Toulouse / UMR 5288 sont partie prenantes dans le projet d’Observatoire Homme-Milieu International « Nunavik » porté conjointement par le CNRS (France) et l’INRS (Canada) et visant à étudier le contexte climatique, écologique, social et culturel dans la région du Nunavik (Nord du Québec).



* Magnaval JF, Tolou H, Gibert M, Innokentiev V, Laborde M, Melnichuk O, Grandadam M, Crubézy E, Alekseev A. Seroepidemiology of nine zoonoses in Viljujsk, Republic of Sakha (Northeastern Siberia, Russian Federation). Vector Borne Zoonotic Dis. 2011;11:157-160.





« Coevolution Hotes/Pathogènes » THEVES Catherine, PhD, CR CNRS


Notre mode de vie moderne, incluant un trafic aérien international peut favoriser la transmission de maladies à travers les continents, demandant une surveillance accrue dans les cas d’épidémies possibles. Ce contexte a augmenté a recherche sur les maladies (ré)- émergeantes axées sur des applications médicales pour comprendre les sources et les vecteurs des pathogènes et sur le développement de nouvelles approches thérapeutiques et vaccinales. Ces conséquences populationnelles et environnementales ont un impact fort sur les populations de l’Arctique vivant dans un environnement biologique et culturel spécifique et plus sensible à l’introduction nouveaux pathogènes ou à des changements de mode de vie.

Une meilleure compréhension des maladies (ré)-émergeantes peut survenir de l’étude des sources et vecteurs pathogènes responsables des grandes épidémies du passé. En particulier, le séquençage des pathogènes anciens peut contribuer à révéler les clefs des mécanismes adaptatifs responsables de la virulence et peut éclairer des aspects des épidémies du passé fournissant un instantané unique de l’évolution virale ou bactérienne. Réciproquement, l’accès à l’information génétique des populations humaines anciennes confrontées aux épidémies peut identifier comment notre génome, et les gènes impliqués dans les mécanismes immunitaires, ont été façonnés et sélectionnés en réponse à ces épidémies. La compréhension de cette course adaptative, véritable coévolution génomique, dépasse les simples enjeux académiques. En remontant à une époque précédant l’ère de l’antibiotique, et même

l’établissement des premiers vaccins, notre approche promet de renouveler notre compréhension des phénomènes d’adaptation liés à l’émergence de nouvelles maladies.

Notre laboratoire travaille depuis de nombreuses années sur les populations humaines anciennes ainsi que sur les maladies anciennes par la fusion d’approches classiques empruntées à l’archéologie et d’approches moléculaires de pointe. Il est reconnu pour ses travaux sur l’histoire du peuplement humain et la coévolution homme/milieu en Sibérie sur la base de l’ADN ancien. Il mène dans cette partie du globe d’importantes opérations de terrain depuis plus de 20 ans (fouilles MAE et IPEV) et il a publié les plus importantes séries humaines en ADN ancien. Par ailleurs, ses travaux sur l’ancienneté des maladies infectieuses remontent aux années 1990. Nos études ont mis au jour le premier cas de la peste de 1348 et nos fouilles a permis d’étudié le plus ancien cas certifié sur la base de l’ADN ancien de tuberculose. Fin 2012, c’est le virus de la variole que nous avons réussi à mettre en évidence sur des sujets décédés lors d’une épidémie du début du 18e siècle en Iakoutie.

Notre laboratoire mène des travaux sur le terrain afin de recueillir des échantillons archéologiques dans les meilleures conditions. Des médecins légistes interviennent également pour effectuer les prélèvements sur les corps humains afin de collecter toute une diversité d’informations en liaison avec la mort des sujets, informations qui viennent en complément de données plus classiques telles que des photographies, des coordonnées GPS, etc… De retour au laboratoire, ce corpus d’information peut alors prendre tout son sens et conforter, voire même orienter, les travaux génétiques en vue par exemple de l’identification de certains pathogènes. Cette démarche a fait ses preuves, comme en témoigne d’ailleurs l’identification récente du virus de la variole dans des sépultures Iakoutes datant du XVIIIème siècle. Cette première étape d’identification moléculaire des pathogènes anciens consiste généralement à un crible génétique pour de courts segments ADN spécifiques d’une batterie de pathogènes candidats. Le séquençage d’un génome entier, qui nécessite la caractérisation de centaines de millions de nucléotides, ne peut intervenir que dans un second temps et par la mise en place de techniques de pointes en nouvelles technologies de séquençage (NGS). Ces dernières méthodes développées à l’UMR 5288, amplifient la détection, la fiabilité et la sensibilité dans la recherche d’anciens pathogènes et des gènes humains impliqués dans les réponses de défense.



*Crubézy E, Ludes B, Poveda JD, Clayton J, Crouau-Roy B, Montagnon D. 1998. Identification of Mycobacterium DNA in an Egyptian Pott's disease of 5,400 years old. C R Acad Sci III. Nov;321(11):941-51.

*Crubézy E, Legal L, Fabas G, Dabernat H, Ludes B. 2006. Pathogeny of archaic mycobacteria at the emergence of urban life in Egypt (3400 BC). Infect Genet Evol. Jan;6(1):13-21.

*Thèves C, Senescau A, Vanin S, Keyser C, Ricaut FX, Alekseev AN, Ludes B, Crubézy E 2011. Molecular Identification of Bacteria by Total Sequence Screening: Determining the Cause of Death in Ancient Human Subjects. PLoS ONE 6(7): e21733. doi:10.1371/journal.pone.0021733.

*Biagini P, Thèves C, Balaresque P, Géraut A, Cannet C, Keyser C, Nikolaeva D, Gérard P, Duchesne S, Orlando L, Willerslev E, Alekseev A.N., de Micco P, Ludes B, Crubézy E (2012) Variola virus in a 300-year-old Siberian mummy. N Engl J Med 2012;367:2056-8. DOI: 10.1056/NEJMc1208124.


« Dynamique de peuplement de la Yakoutie : étude de la diversité génétique des Iakoutes anciens »

Prof. C Keyser, PU



Notre étude de génétique des populations repose sur des fouilles menées pendant 10 ans (2002 à 2012) en Yakoutie par l’équipe de la MAFSO (Mission Archéologique Française en Sibérie Orientale), dirigée par le Pr. Eric Crubézy. Ces fouilles ont été réalisées dans 3 régions ou foyers connus de peuplement iakoute : la Yakoutie centrale, la Viliouï et la région de Verkhoïansk.

Près de 140 tombes ont été fouillées, livrant un corpus de 146 sujets iakoutes dont 129 pour lesquels il a été possible d’obtenir des données génétiques, ce qui constitue une cohorte exceptionnelle pour des sujets anciens. La plupart des tombes mises au jour, datées du 15ème au 19ème siècle, sont des tombes individuelles, seules 5 sont des tombes multiples.

L’objectif de notre travail était de permettre une meilleure compréhension des pratiques funéraires et de la formation du peuple iakoute et de son évolution dans le temps. En effet, l’origine de ce peuple parlant une langue d’origine turque et élevant des bovins et des chevaux est énigmatique, les populations alentours étant essentiellement des éleveurs de rennes parlant des langues d’origine sibérienne. Il semble néanmoins que la formation de ce groupe ethnique soit le résultat d’une migration vers le Nord de populations Mongoles et/ou Turques venues d’Asie Centrale ou du Sud de la Sibérie il y a 800 à 1200 ans environ.

Les corps mis au jour ont été conservés dans le permafrost et bénéficient donc d’une préservation exceptionnelle permettant des analyses génétiques rares. Nous avons en effet pu analyser un ensemble de marqueurs génétiques à transmission biparentale (portés par l’ADN nucléaire autosomal) et uniparentale (portés par le chromosome Y et l’ADN mitochondrial). Parmi ces marqueurs figurent les STR (Short Tandem Repeats) et les SNP (Single Nucleotide Polymorphisms).

Les STR autosomaux permettent de déterminer le profil génétique des sujets anciens exhumés et d’établir de possibles liens de proche parenté avec d’autres sujets du même ensemble sépulcral. Ces liens peuvent être confirmés par l’étude de STR du chromosome Y (qui permettent d’attester que deux individus masculins sont de même filiation paternelle) et par l’analyse de SNP de l’ADN mitochondrial (qui confirment les filiations maternelles).

L’analyse des marqueurs uniparentaux permet en outre de déterminer des haplogroupes qui présentent une certaine spécificité géographique. L’analyse de ces haplogroupes, notamment étudié par le typage de SNP, permet d’estimer l’origine biogéographique des sujets étudiés et de retracer de possibles voies de migration.

Les premières données issues de nos investigations ont notamment révélé que les individus des sépultures multiples semblaient toujours en parenté biologique. De manière plus surprenante, l’analyse du chromosome Y a mis en exergue une très faible diversité haplotypique des lignées paternelles suggérant que ces dernières pourraient être issues d’un nombre réduit d’individus.

De l’ensemble de ces données nous avons déduit que la colonisation de la Yakoutie est le résultat d’un effet fondateur : un petit nombre de sujets, originaires de la région péri-Baïkal, a migré vers le Nord, probablement en suivant le fleuve de la Lena. Ce groupe, constitué d’hommes et de femmes, s’est par la suite mélangé aux groupes autochtones et notamment

aux Evenks. Cette structure génétique, relativement homogène en ce qui concerne les lignées paternelles et plus diversifiée en ce qui concerne les lignées maternelles, prouve néanmoins que l’impact génétique des colons russes est assez limité. Reste à présent à déterminer de manière plus précise d’où sont partis les migrants et à affiner l’analyse des liens de parenté.



*E. Crubézy, S. Amory, C. Keyser, C. Bouakaze, M. Bodner et al., Human evolution in Siberia: from frozen bodies to ancient DNA.2010. BMC Evol. Biol. 25, 10:25.

*E. Crubézy, A. Alexeev, Chamane (Errance Ed., 2007).

*C Thèves, P Balaresque, L.E Evdokimovac, I.V Timofeev, A.N Alekseev, A Sevin, E Crubézy, M Gibert. 2010. Population genetics of 17 Y-chromosomal STR loci in Yakutia. Forensic Sci Int Genet. 2010 Oct;4(5):e129-30.