Soutenance de thèse de Rémi BARBIERI

L’étude et la compréhension des épidémies anciennes est un champ disciplinaire en pleine expansion grâce aux nouveaux outils de réparation, d’enrichissement et de séquençage haut débit de l’ADN ancien. Depuis des dizaines de milliers d’années les maladies infectieuses coexistant avec l’Homme au sein d’écosystèmes variés ont été à l’origine de bouleversements historiques. La compréhension des sources et de la dynamique des épidémies anciennes résulte principalement d’études transdisciplinaires mêlant (1) histoire : étude des textes médicaux, des journaux intimes, des registres de décès ou des représentations artistiques relatant des épisodes de surmortalité; (2) paléopathologie : étude de marqueurs spécifiques d’infection sur les os humains retrouvés en contexte archéologique; et (3) paléomicrobiologie : étude des micro-organismes anciens par séquençage ou amplification de l’ADN par Polymerase Chain Reaction (PCR) à partir de la pulpe dentaire. Ce travail de Thèse interdisciplinaire a débuté par la mise en place de nouvelles méthodes de détection des micro-organismes anciens tels que Yersinia pestis, Bartonella quintana, Borrelia recurrentis et Ricketssia prowazekii incluant la mise au point de la paléohistologie permettant de caractériser les différents tissus préservés dans la pulpe dentaire ancienne et ensuite de développer plusieurs approches inter-disciplinaires permettant de décrypter les sources et les dynamiques des épidémies de pestes anciennes et actuelles. Dans un premier temps, nous avons développé une méthode d’extraction des protéines anciennes puis un tampon de réhydratation de la pulpe dentaire, un marquage anti-glycophorine A couplé a une méthode d’hybridation in situ en fluorescence (FISH) et nous avons également développé une méthode de détection des antigènes anciens (paléserologie). Concernant la peste ancienne, nous avons principalement développé une méthode originale d’analyse lexicométrique quantitative des textes historiques anciens. L’analyse des protéines contenues dans la pulpe dentaires de pestiféré a permis de confirmer la présence de Y. pestis mais aussi d’immunoglobulines G et A chez ces individus infectés. Cette méthode appelé « paleoprotéomique » nous a également permis de détecter la présence de Vibrio vulnificus chez des soldats Confédérés durant la guerre de Sécession Américaine (1861) et d’élucider le mystère de la mort du Caravage ( 1610). Ces premiers résultats nous ont permis de développer la paléosérologie et ainsi de détecter une probable épidémie causée par B. reccurentis au 16 ème siècle en France. L’exploration histologique de la pulpe dentaire ancienne a permis de confirmer la présence d’érythrocytes morphologiquement intacts datant de 2.000 ans. Ces résultats ont été reproduits sur différents échantillons datés entre le 1er et le 19 ème siècle et permettent d’affirmer que la pulpe dentaire contient un résidu sanguin contenant à minima des globules rouges. Concernant les sources et les dynamiques des épidémies de peste anciennes, nos résultats ont tout d’abord permis de renforcer l’hypothèse du sol comme réservoir ultime de Y. pestis, plus particulièrement le rôle joué par le sol salé et aride aux USA dans la conservation du bacille pesteux entre les épizooties. Le développement d’un outil d’analyse non biaisé des textes historiques à permis une meilleure compréhension du rôle joué par les ectoparasites humains dans la transmission interhumaines durant l’épidémie de peste de Marseille (1720-1722) et de Milan (1629-1631).

The study and understanding of ancient epidemics is a emerging disciplinary field thanks to new tools for repair, enrichment and high-throughput sequencing of ancient DNA. For tens of thousands of years, infectious diseases which coexisting with humans in various ecosystems have been the source of historical changes. Understanding the sources and dynamics of ancient epidemics results mainly from transdisciplinary studies combining (1) history: study of medical texts, diaries, death registers or artistic representations relating episodes of massive mortality; (2) paleopathology: study of specific markers of infection in human bones found in an archaeological context; and (3) paleomicrobiology: study of ancient microorganisms by sequencing or by amplification of DNA by Polymerase Chain Reaction (PCR) from dental pulp sample. This interdisciplinary thesis work began with the implementation of new methods for the detection of ancient microorganisms such as Yersinia pestis, Bartonella quintana, Borrelia recurrentis and Ricketssia prowazekii including the development of paleohistology to characterize the different tissues preserved in ancient dental pulp and then to develop several inter-disciplinary approaches in order to decipher the sources and dynamics of plague epidemics. Initially, we developed a method of extracting ancient proteins then a rehydration buffer for dental pulp, anti-glycophorin A labeling coupled with a fluorescence in situ hybridization (FISH) method and in parallel way, developed a method for ancient antigens detection (paleoserology). Regarding ancient plagues, we mainly developed an original method of quantitative lexicometric analysis of historical texts. Analysis of the proteins contained in the dental pulp of a plague victim confirmed the presence of Y. pestis as well as immunoglobulins G and A in these infected individuals. This method called "paleoproteomics" also allowed us to detect the presence of Vibrio vulnificus in Confederate soldiers during the American Civil War (1861) and to unravel the mystery of Caravaggio's death (1610). These first results have enabled us to develop paleoserology and thus to detect a probable epidemic caused by B. reccurentis in France during the 16th century in France. Histological examination of the ancient dental pulp confirmed the presence of morphologically intact erythrocytes dated from 2,000 years ago. These results have been reproduced on different samples dated from the 1st to the 19th century and confirm that the dental pulp contains a blood residue containing at least red blood cells. Regarding the sources and dynamics of ancient plague epidemics, our results confirm the hypothesis of the soil as the ultimate reservoir of Y. pestis, more particularly the role played by saline and arid soil in the USA in the conservation of the plague bacillus between epizootics episodes. The development of an unbiased analysis tool for historical texts has enabled a better understanding of the role played by human ectoparasites in human-to-human transmission during the plague epidemic in Marseille (1720-1722) and Milan (1629-1631 ).