ADN ancien

L’ADN ancien (ADNa) désigne l’étude de l’ADN extrait de spécimens morts il y a des décennies, des centaines ou parfois des milliers d’années. Il s’agit par exemple de l’analyse de l’ADN récupéré sur des pièces archéologiques, des spécimens de musée, des restes de fossiles et d’autres spécimens inhabituels. En général, ces spécimens n’ont pas été préservés à des fins d’études génétiques et génomiques. Les techniques utilisées pour extraire l’ADNa sont applicables à toute situation où l’ADN s’est dégradé au point que les techniques classiques d’extraction d’ADN frais ne peuvent être utilisées. D’un point de vue pratique, le terme aDNA se rapporte à l’état de l’ADN, et pas nécessairement à son âge.

Techniques

Des techniques différentes sont nécessaires pour extraire l’ADN ancien, et l’extraction doit donc être traitée dans un laboratoire spécialisé en aDNA. Un échantillon d’ADN frais peut être de l’ordre du microgramme. Si le laboratoire est exposé à de faibles niveaux d’ADN extraterrestre de l’ordre du nanogramme ou du picogramme, la contamination n’apparaîtra pas dans les résultats. En revanche, un échantillon d’ADNa est généralement de l’ordre du nanogramme, voire du picogramme, de sorte que ce nanogramme ou picogramme supplémentaire de contamination pourrait être fatal à l’analyse.

Le problème de l’extraction de l’ADNa est simplement que l’ADN est une structure très complexe qui se dégrade dès que l’organisme meurt à cause des bactéries qui provoquent la décomposition du cadavre. Ce processus est accéléré si l’ADN est exposé aux « éléments » et aux produits chimiques éventuellement présents (comme le liquide d’embaumement). Les spécimens les plus anciens qui ont donné de l’ADNa ont tendance à être trouvés dans des climats frais et secs, à des altitudes élevées qui ont contribué à retarder l’action bactérienne et à garder l’ADN à l’abri de la chaleur et de l’humidité.

Le chromosome Y est long de près de 60 millions de paires de bases et il n’y en a qu’un par cellule. L’analyse de l’ADN du Y dépend de l’extraction d’une quantité suffisante d’ADN de certaines régions de ces 60 millions de paires de bases pour l’analyse. Pour les restes très dégradés, il est très peu probable qu’une quantité suffisante du bon Y survive pour être analysée.

Il y a beaucoup plus de chances de récupérer suffisamment d’ADN mitochondrial (ADNmt) pour une identification. Il est donc plus facile pour le laboratoire d’extraire de l’ADN utilisable, mais beaucoup plus difficile pour les généalogistes qui cherchent la référence familiale, car il faut suivre la lignée féminine. Il existe jusqu’à 1 000 mitochondries par cellule, chacune possédant cinq à dix copies de son propre génome de 16 569 paires de bases. Il peut donc y avoir jusqu’à 10 000 copies par cellule du génome de l’ADNmt. Il en résulte une probabilité beaucoup plus élevée de récupérer l’ADNmt à partir de restes fortement dégradés.

L’embaumement crée d’autres problèmes. Le formaldéhyde que l’on trouve dans le liquide d’embaumement ne dénature pas seulement l’ADN, mais provoque également une liaison croisée des brins d’ADN entre eux et avec d’autres brins d’ADN, un peu comme une pelote de ruban adhésif enroulée. Les dommages sont permanents. Le formaldéhyde s’oxyde en paraformaldéhyde, qui peut inhiber la protéinase K utilisée pendant l’extraction. Ainsi, pour les restes embaumés, l’extraction de l’ADNA doit surmonter les problèmes de dégradation par l’action bactérienne impliquée dans la décomposition et la dégradation due à l’exposition aux éléments, en plus de l’inhibition du processus d’extraction par la présence de formaldéhyde oxydé. Des protocoles ont été mis au point pour tenter de briser les liaisons croisées formées par le formaldéhyde. Ils impliquent le passage au micro-ondes et le cyclage de la température de la poudre d’os. Malheureusement, pour les spécimens très fragiles, ce protocole peut également détruire l’ADN. Ce qui est plus efficace, c’est de tremper la poudre d’os dans une solution PBS qui permet au paraformaldéhyde de flotter vers le haut, tandis que la poudre d’os coule vers le bas. Une fois le paraformaldéhyde éliminé, la poudre d’os restante est dissoute par un processus de déminéralisation, libérant l’ADN qui se cache dans la matrice osseuse et qui n’a pas été affecté par le processus d’embaumement. Cela peut doubler le rendement de l’ADNA.

Le meilleur endroit pour rechercher l’ADNA est l’os pétreux. Les dents sont également privilégiées pour l’ADN ancien. L’émail est la substance la plus dure du corps et, bien qu’il ne contienne pas d’ADN, il offre une protection physique à la dentine qui s’y trouve et contribue à protéger l’ADN de cette dernière. Tout autre os compact et dense, comme un fémur ou un autre os long, peut également être utilisé.

Méthodologie

• Marx V (2017). Génétique : de nouveaux récits à partir de l’ADN ancien. Nature Methods 14 : 771-774. Publié en ligne le 24 juillet 2017. Un aperçu de la méthdologie et des résultats actuels de l’ADN ancien.
• Hansen HH , Damgaard PB , Margaryan A et al (2017). Comparaison de la préservation de l’ADN ancien dans l’os pétreux et le cément dentaire. PLOS One publié en ligne le 27 janvier 2017.
• Orlando L, Gilbert MTP, Willerslev E (2015). Reconstruire les génomes et les épigénomes anciens. Nature Reviews Genetics. Publié en ligne le 09 juin 2015.
• Raff, Jennifer (2014). Comment savoir si une étude sur l’ADN ancien est légitime ? Blog Métaphores violentes, 7 février 2014
• Rohland N et Hofreiter M (2007). Extraction d’ADN ancien à partir d’os et de dents. Nature Protocols 2 1756-1762.

Publié en ligne : 12 juillet 2007 | doi:10.1038/nprot.2007.247

• Gilbert, M TP ; Bandelt H-J, Hofreiter M, Barnes I (2005). Évaluation des études sur l’ADN ancien. Trends in Ecology and Evolution 20 (10) : 541-544.
• Pääbo S. Poinar H, Serre D, Jaenicke-Despres V, Hebler J, Rohland N, Kuch M, Vigilant L, Hofreiter M (2004). Analyses génétiques à partir d’ADN ancien. Annual Review of Genetics 38 : 645-679. Comprend un aperçu des critères d’authenticité.
• Cooper, A et Poinar, HN (2000). Ancient DNA : Do It Right or Not at All. Science ; 289 1139.

Databases

• BODIES – The British and Irish On-line Database Index to Excavated human remainS
• Evidence of the past : a map and status of ancient remains in the USA
• Jean Manco. Introduction à l’ADN ancien (à partir de l’Internet Archive). Site web Ancestral Journeys maintenu par le regretté Jean Manco. Comprend des liens vers des tableaux documentant les résultats de diverses études sur l’ADN ancien, y compris des tableaux d’haplogroupes mitochondriaux et de chromosomes Y extraits de restes humains historiques et préhistoriques
• Une liste d’études d’ADN ancien sur le chromosome Y provenant du blog de Dienekes

Articles d’actualité

La princesse de Spitalfields

La « princesse de Spitalfields » a été trouvée dans un cimetière romain à Spitalfields Market, Londres, Angleterre, en 1999 et a fait l’objet d’une émission télévisée de la BBC « Meet the Ancestors » :

• Digging up the Romans : Découvrir les gens au marché de Spitalfields
• Le pouvoir des filles par Jenny Hall Classical Association News Number 24, juin 2001.
• Le « yuppie » romain avait des gènes espagnols Steve Connor, The Independent, 2 août 1999.

Des restes romains du cimetière de Butt Road, Colchester, Essex, Angleterre

• L’homme de Colchester
• Patricia Smith. « Les secrets des gènes des Romano-Britons : New data from old bones ». The Colchester Archaeologist, numéro 11, 1998, 18-19.
• Nina Crummy, Philip Crummy et Carl Cross. Fouilles des cimetières romains et postérieurs, des églises et des sites monastiques de Colchester, 1971-88 (46 mégaoctets)

Autres nouvelles

• Eske Willerslev réécrit l’histoire avec l’ADN par Carl Zimmer, New York Times, 16 mai 2016.
• Ce qui est vieux est nouveau par Bob Grant, The Scientist, 1er juin 2015.
• L’ADN ancien raconte une nouvelle histoire humaine par Matt Ridley, Wall Street Journal, 1er mai 2015.
• L’évolution humaine : le Néandertalien dans la famille par Ewen Callaway, Nature News and Comment, 26 mars 2014
• Nettoyage de l’ADN ancien
• Une dent donne le plus ancien ADNmt humain
• L’ADNmt d’un ours des cavernes éteint séquencé
• Caractérisation génétique du corps attribué à l’évangéliste Luc
• Dénouer le mystère de la momie -. en utilisant l’ADN
• La lignée mitochondriale d’Ötzi n’est pas comme celle des autres Européens
• Les secrets de famille du roi Tut et la malédiction de l’ADN du pharaon
• Un « meilleur » ADN à partir d’os fossiles par Alison Ross, BBC News, 19 septembre 2005
• Les cheveux anciens livrent leurs secrets ADN par Anna Salleh, ABC Science Online, 22 juin 2004

Parties scientifiques

• Wagner JK et al (2020). Favoriser une recherche responsable sur l’ADN ancien. American Journal of Human Genetics 107 (2) : 183-195.
• Kivisild T (2017). L’étude de la variation du chromosome Y humain grâce à l’ADN ancien. Génétique humaine. Publié en ligne le 4 mars 2017. Un article de synthèse utile.
• Krause J, Pääbo S (2016). Le voyage dans le temps génétique. Genetics 203(1) : 9-12.
• Des mammouths aux Néandertaliens, l’ADN ancien dévoile les mystères du passé Un numéro spécial de Science consacré à l’ADN ancien, 23 juillet 2015.
• Ancien ADN : les trois premières décennies Un numéro de réunion de discussion des Philosophical Transactions B de la Royal Society organisé et édité par Erika Hagelberg, Michael Hofreiter et Christine Keyser
• Luca Ermini, Clio Der Sarkissian, Eske Willerslev, Ludovic Orlando. Les transitions majeures de l’évolution humaine revisitées : Un hommage à l’ADN ancien. Journal of Human Evolution (sous presse). Disponible en ligne le 19 décembre 2014. Un article de synthèse excellent et complet.
• Guido Brandt, Szécsényi-Nagy, Christina Roth, Kurt Werner Alt, Wolfgang Haak (2014). Paléogénétique humaine de l’Europe – Les connus et les inconnus connus. Journal of Human Evolution (sous presse). Disponible en ligne le 13 novembre 2014. Un article de synthèse se concentrant principalement sur les découvertes d’ADN ancien provenant de l’ADN mitochondrial et de l’ADN-Y.
• Pickrell J, Reich D (2014). Vers une nouvelle histoire et géographie des gènes humains informée par l’ADN ancien. Trends in Genetics 2014 ; 30 (9) : 377-389 (abonnement requis). Disponible en tant que preprint de BioRxiv.
• Ermanno Rizzi, Martina Lari, Elena Gigli, Gianluca De Bellis et David Caramelli. Études sur l’ADN ancien : nouvelles perspectives sur les anciens échantillons. Genetics Selection Evolution 2012, 44:21. Un très bon article de synthèse sur l’histoire des études de l’ADN ancien.
• Christiane Maria Bauera, Martin Bodnera, Harald Niederstättera, Daniela Niederwiesera, Gabriela Hubera, Petra Hatzer-Grubwiesera, Karl Holubarb, Walther Parsona. Enquêtes de génétique moléculaire sur le saint patron de l’Autriche, Léopold III. Forensic Science International Genetics, 8 novembre 2012.
• Haak W, Balanovsky O, Sanchez JJ et al. L’ADN ancien des agriculteurs européens du Néolithique précoce révèle leurs affinités proche-orientales PLoS Biol 2010 8(11) : e1000536. doi:10.1371/journal.pbio.1000536.
• Melchior L, Kivisild T, Lynnerup N, Dissing J, 2008. Preuve d’ADN authentique provenant de squelettes danois de l’âge viking non touchés par les humains depuis 1 000 ans. PLoS ONE 3(5) : e2214.
• Kemp BM, Malhi RS, McDonough J et al. Analyse génétique des restes squelettiques de l’holocène précoce en Alaska et ses implications pour le peuplement des Amériques. Am J Phys Anthropol 2007 Apr;132(4):605-21.

Projets

• Projet ADN romain
• Projet momie suisse

Lectures complémentaires

• Page de l’ISOGG sur l’ADNmt célèbre

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• Page de l’ISOGG sur l’ADNmt ancien
• Liste Wikipedia des haplogroupes de personnages historiques et célèbres
• Article de Wikipedia sur l’ADN ancien
• Combien de temps dure l’ADN ? par Forrest Wickman. Slate, 5 février 2013.

Livres

• Terry Brown et Kerry Brown. Archéologie biomoléculaire : An Introduction. Wiley-Blackwell, février 2011.
• Elizabeth Matisoo-Smith et K. Ann Horsburgh. L’ADN pour les archéologues. Left Coast Press, novembre 2012.
• Svante Pääbo. L’homme de Néandertal : à la recherche des génomes perdus. Basic Books, New York, 2014.

Blog posts

• Dégager vos ancêtres – la science citoyenne rencontre l’ADN ancien par Maurice Gleeson, DNA and Family Tree Research, 11 août 2020.
• L’ADNa dans la vie par Tom Booth. Site de la Journée de l’archéologie, 28 juillet 2017.
• Le cycle de hype de l’ADN ancien par Patrícia Pečnerová, The Molecular Ecologist, 20 avril 2017.
• L’os pétreux est le nouveau noir par Patrícia Pečnerová, The Molecular Ecologist, 22 février 2016.
• Paléogénomes – nous influencent-ils un peu trop ? par Tom Gilbert, blog OpenQuaternary Discussions, 6 octobre 2014.
• Jour 1 à la réunion 2013 de la Royal Society sur l’ADN ancien par Debbie Kennett, blog Cruwys News, 21 novembre 2013.
• Jour 2 à la réunion 2013 de la Royal Society sur l’ADN ancien par Debbie Kennett, blog Cruwys News, 21 novembre 2013.

Forums et médias sociaux

• Groupe Facebook ADN ancien
• Google+ Communauté ADN ancien

Ressources

• ADN ancien européen Une page Eupedia montrant les haptitudes de l’ADN Y-.DNA et mtDNA fréquences des haplogroupes dans les échantillons d’ADN anciens en Europe
• Carte de l’ADN ancien Une carte open source montrant avec une description et la localisation de tous les échantillons d’ADN anciens trouvés à ce jour.
• Dépôt en ligne du génome ancien Un dépôt en libre accès pour les données de l’ADN humain ancien.
• Échantillons d’ADN ancien sur GedMatch Felix Immanuel a traité certains des fichiers bruts d’ADN ancien disponibles publiquement et les a téléchargés sur GEDMatch à des fins de comparaison.

Voir aussi

• L’ADN célèbre : Introduction
• Agent génétique ancien
• Agent génétique des célébrités
• Agent génétique contesté ou discutable
• Agent génétique mitochondrial
• Agent génétique néandertalien
• Agent génétique royal
• Agent génétique présidentiel américain
• Agent génétique du chromosome Y

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