Il y a environ 19 000 ans, une femme est décédée dans le nord de l'Espagne. Son corps a été délibérément enterré avec des morceaux de pigment naturel ocre et placé derrière un bloc de calcaire dans une grotte connue sous le nom d'El Mirón. Lorsque ses os teints à l'ocre ont été déterrés en 2010, les archéologues l'ont surnommée la Dame Rouge. Le traitement soigné de son corps a permis aux scientifiques de mieux comprendre comment les gens de l'époque enterraient leurs morts.

Aujourd'hui, grâce à la mauvaise hygiène bucco-dentaire de cette période, ses dents aident à éclairer un monde disparu de bactéries et de leurs créations chimiques. À partir du tartre dentaire, la plaque dure comme le roc qui s'accumule sur les dents, les chercheurs ont réussi à récupérer et à reconstruire le matériel génétique des bactéries vivant dans la bouche de la Dame Rouge et de dizaines d'autres individus anciens.

Les reconstructions génétiques, rapportées aujourd'hui dans Science, étaient suffisamment précises pour reproduire les enzymes produites par les bactéries pour aider à digérer les nutriments . « Le simple fait qu'ils aient pu reconstruire le génome à partir d'un puzzle de millions de pièces est une grande réussite », déclare Gary Toranzos, microbiologiste environnemental à l'Université de Porto Rico qui n'a pas participé aux travaux. « C'est ‘tiens une seconde mon verre, et regarde-moi faire’, et, mon gars, ils l'ont fait. »

Les changements de régime alimentaire et l'introduction d'antibiotiques ont considérablement modifié le microbiome humain moderne, explique le bio-informaticien de l'Université de Trente, Nicola Segata, qui n'était pas non plus impliqué. Le séquençage d'anciens microbes et la recréation de leurs créations chimiques « nous aideront à identifier les fonctions que notre microbiome aurait pu avoir dans le passé et que nous aurions pu perdre », dit-il. Ressusciter ces gènes « perdus » pourrait un jour aider les scientifiques à concevoir de nouveaux traitements contre les maladies, ajoute Mikkel Winther Pedersen, paléo-écologue moléculaire à l'Université de Copenhague.

Au cours des dernières décennies, le séquençage de l'ADN ancien a mis en lumière les caractéristiques physiques et physiologiques d'organismes morts depuis longtemps, mais les chercheurs ont également utilisé la même technique pour examiner les gènes appartenant aux communautés bactériennes grouillantes, ou microbiomes, qui peuplaient autrefois la bouche et les intestins. de personnes décédées depuis longtemps.

Ce travail leur a donné un aperçu des espèces microbiennes qui auraient pu coexister avec les humains avant l'avènement des antibiotiques et des aliments transformés. Mais une telle compréhension a été limitée par le fait que les chercheurs ne pouvaient utiliser que les microbes modernes comme références. « Nous étions limités aux bactéries que nous connaissons aujourd’hui », explique Christina Warinner, généticienne à l'Université de Harvard, co-auteure de la nouvelle étude. « Nous ignorions de grandes quantités d'ADN d'organismes inconnus ou peut-être éteints. »

Briser cette barrière représentait un défi monumental. Reconstruire un microbiome oral - une soupe de millions de bactéries individuelles appartenant à de centaines d'espèces bactériennes différentes - à partir d'ADN ancien dégradé, c'est « comme jeter ensemble les pièces de nombreux puzzles et essayer de les résoudre avec les pièces mélangées et certaines pièces entièrement manquantes » dit Segata.

En effet, il a fallu près de 3 ans à l'équipe de Warinner pour adapter les outils de séquençage de l'ADN et les programmes informatiques pour travailler avec les fragments d'ADN beaucoup plus courts trouvés dans les échantillons anciens. Enfin, en s'appuyant sur le tartre dentaire de 46 squelettes anciens, dont une douzaine d'hommes de Néandertal et d'humains modernes décédés il y a entre 30 000 et 150 ans, Warinner et ses collègues ont identifié l'ADN de dizaines de bactéries buccales éteintes ou jusque-là inconnues.

Ensuite, l'équipe a introduit dans des bactéries Pseudomonas protegens modernes, une paire de gènes anciens pour fabriquer des protéines qui produisent des milligrammes d'une molécule appelée furane. On pense que les bactéries modernes utilisent les furanes pour la signalisation cellulaire. Les nouvelles découvertes suggèrent que d'anciennes bactéries l'ont fait aussi, ce qui aurait été impossible à prédire en séquençant simplement leurs génomes. "C'est une preuve en laboratoire de ce dont les gènes anciens étaient capables", déclare Pierre Stallforth de l'Institut Leibniz pour la recherche sur les produits naturels et la biologie des infections, co-auteur de l'étude. « Vous pouvez prédire les protéines basées sur l'ADN, mais pas nécessairement les molécules que ces protéines vont fabriquer. »

À première vue, le microbe qu'ils ont reconstruit semblait ne pas être à sa place dans un microbiome oral. Identifié comme un type de bactérie appelé chlorobium, ses parents modernes utilisent la photosynthèse pour survivre avec de petites quantités de lumière et vivent dans des conditions anaérobies, telles que l'eau stagnante. Ils ne se trouvent pas dans les bouches modernes et semblent avoir disparu des humains anciens il y a environ 10 000 ans.

Ce chlorobium aurait pu entrer dans la bouche des anciens parce qu'ils buvaient de l'eau dans ou à proximité des grottes. Ou, dit Warinner, cela aurait pu être une partie normale de l'ancien microbiome oral de certaines personnes, survivant grâce à une faible lumière pénétrant la joue.

D’autres collègues disent que le tartre dentaire était un endroit idéal pour commencer à chercher ces anciens microbes. Sans un nettoyage régulier, les dents emprisonnent les restes de nourriture et d'autres matières organiques dans un réseau minéral, les enfermant essentiellement dans la pierre. Cela aide à la fois à préserver l'ADN à l'intérieur et à le protéger de la contamination lorsque le corps se décompose. « Le tartre dentaire est l'exemple parfait de meilleur endroit où trouver un échantillon non contaminé », déclare Toranzos. « Il n'y a absolument aucune possibilité que quoi que ce soit de l'extérieur puisse y entrer. »

Bien que les chercheurs aient réussi à pousser les bactéries modernes à exprimer les gènes de leurs cousins jusque-là inconnus ou disparus, c'est loin de Jurassic Park , dit Warinner. « Nous n'avons pas ramené ces microbes à la vie, mais identifié des gènes clés pour fabriquer des composés chimiques qui nous intéressent ».

La récupération d'anciens gènes microbiens a le potentiel d'éclairer la relation de notre espèce avec les bactéries au cours de l'évolution humaine. Les humains ont coévolué avec leurs partenaires microbiens et leurs parasites pendant des centaines de milliers d'années. Les composés produits par d'anciens microbes pourraient avoir joué un rôle important dans la digestion et les réponses immunitaires. « Les bactéries ne sont pas aussi charismatiques que les mammouths ou les rhinocéros laineux », dit-elle, « mais ce sont des chimistes de la nature, et elles sont essentielles pour comprendre le passé ».