1.6 L’histoire humaine lue dans son génome

Dans les années 2000, le séquençage génétique (méthode Sanger qui permet de déterminer l’ordre des 4 nucléotides) a permis de séquencer la totalité d’un génome humain, soit 3 milliards de paires de bases. La séquence obtenue sert de référence.
Les méthodes de séquençage, beaucoup plus rapides de nos jours, permettent d’étudier de nombreux génomes individuels. À l’aide d’outils informatiques, on peut ainsi identifier de nouveaux allèles par comparaison de séquences (ces allèles diffèrent par mutations -addition, délétion, substitution). Par gène, il existe un grand nombre d’allèles dont on peut comparer les fréquences entre les populations humaines. Les allèles et leurs fréquences varient d’une population à l’autre.

Que nous raconte l’histoire lue dans notre génome ?

I/ Étude d’un exemple : la tolérance au lactose

TP 11 Génétique de la tolérance au lactose

En fonction des allèles qu’ils possèdent, les hommes actuels sont intolérants ou non au lactose à l’âge adulte. La comparaison avec des génomes fossiles permet de constater que les premiers européens étaient intolérants au lactose.

L’apparition de la tolérance au lactose coïncide avec l’apparition de la pratique de l’élevage. On peut supposer qu’une mutation a touché le gène MCM6, qui contrôle l’expression du gène de la lactase, entraînant la persistance de la synthèse de l’enzyme après l’âge de 5 ans. Cette mutation a augmenté la valeur sélective des individus qui la portaient (apport protéique, apport de vitamine D dans un environnement moins lumineux…) permettant, par sélection naturelle, l’augmentation de la fréquence de cet allèle au cours du temps dans la population humaine.

• Digestion du lait : l’enquête génétique : cette vidéo du Musée de l’Homme résume en 2′ l’histoire de cette acquisition de la persistance de la lactase.

Le génome actuel porte les marques de cette histoire.

II/ génome et histoire humaine

Le génome est l’ensemble de toutes les molécules d’ADN contenues dans les organismes vivants (ADN nucléaire et ADN mitochondrial ou chloroplastique chez les eucaryotes). Il est composé de 3 milliards de paires de bases réparties sur 23 chromosomes et contient environ 21 000 gènes (l’ensemble des gènes ne représentent que 1,5 % de l’ensemble du génome).

Si on compare deux génomes humains, on trouve une différence moyenne de 0,3%, soit 3 millions de paires de bases.

L’étude des différents génomes humains permet :

• de retrouver des liens de parenté : Le prélèvement d’ADN de fossiles bien conservés a permis, grâce aux techniques modernes, de séquencer le génome des Néandertaliens, que l’on peut comparer aux génomes actuels de Homo sapiens. Les Européens et les Asiatiques actuels possèdent tous dans leur génome entre 1 et 2% d’ADN néandertalien, alors que les populations africaines n’en possèdent pas ou très peu. Ces allèles neandertaliens sont notamment présents pour des gènes impliqués dans une adaptation à un environnement nouveau : pigmentation, rythme du sommeil.
  • Svante Pääbo: le prix Nobel qui a trouvé le Néandertal qui se cache en nous (12′)
• de reconstituer l’évolution de l’homme : le génome d’un individu garde des traces génétiques de ses ancêtres. Les comparaisons du génome de Neandertalien et d’Homo sapiens ont permis de retracer les grandes étapes de la migration : les Homo sapiens ont migré d’Afrique vers l’Eurasie il y a environ 50 000 ans. Ils ont vécu sur des territoires habités par les Néandertaliens et les Dénisoviens, dans des conditions environnementales nouvelles (climat, maladies…). Ils sont à l’origine de l’ensemble de la population actuelle.
  • Sapiens, un migrant en Europe (6’30 »)
• de comprendre que ce génome est sous l’influence de l’environnement : les allèles sont soumis à la sélection naturelle et peuvent être plus ou moins présents au sein des populations en fonction des avantages qu’ils procurent (exemple de la tolérance au lactose).

Svante Pääbo, paléogénéticien suédois travaillant à l’Institut Max-Planck d’anthropologie évolutionniste, à Leipzig, en Allemagne, a reçu le prix Nobel de médecine en 2022 pour le séquençage complet du génome de Neandertal.

Il a inventé les protocoles très stricts pour limiter la contamination de l’ADN prélevé sur l’échantillon : on rentre dans un premier sas avec blouse, gants stériles et masque de protection. Présence de hottes, lampes UV, grilles au sol aspirant l’air et toutes les particules dépassant 0.2 millième de millimètres.

Sa première recherche porte sur l’ADN mitochondrial car :

• Il est plus facile d’en trouver car dans chaque cellule on en trouve entre 100 et 10 000 copies contrairement à l’ADN qui a une seule copie.
• cet ADN est constitué seulement de 16569 bases.
• transmis seulement par la mère, ce qui permet d’analyser l’histoire évolutive des lignées maternelles.

Il commence à travailler sur le squelette de Néandertal trouvé en 1856. Il prélève un énorme morceau de son humérus. Mais il n’arrive à reconstituer qu’une séquence de 379 nucléotides d’ADN mitochondrial. Il a abouti au séquençage complet de l’ADN mitochondrial en 2018.

En parallèle, dès 2006, il se lance dans le séquençage de l’ADN de Neandertal. Il prélève l’ADN de 3 os de 3 Néandertalien de la grotte de Vindija en Croatie. A l’aide d’un budget de plusieurs millions de dollars, il va mettre 4 ans pour établir la séquence complète. Ce génome est une chimère (reconstitution d’un seul génome à partir de 3 individus différents).

Les génomes de 5 Homo sapiens actuels vont être séquencés et comparés à celui du Néandertalien : un francais, un Han chinois, un Papou de Nouvelle-Guinée, un San d’Afrique de l’ouest et un  Yoruba d’Afrique de l’ouest. 1 à 3 % d’ADN néandertalien se retrouvent sur le génome de sapiens en Europe et en Asie :

• dans les gènes qui codent la kératine. Cette molécule permet d’avoir une peau épaisse, donc une meilleure résistance au froid.
• dans les gènes qui commandent les enzymes impliquées dans la digestion des graisses. Une grande consommation de viandes grasses pour résister à un climat rigoureux est répandu chez les néandertaliens. Ils ont donc des enzymes efficaces pour digérer les lipides.

D’après Neandertal, à la recherche des génomes perdus de Svante Pääbo

livre p48-49–50-51–52-53

• Émission « la Terre au carré » du 26 août 2020 avec Evelyne Heyer « L’histoire de l’humanité racontée par les gènes« 
• Émission « la Terre au carré » du 10 avril 2018 « à la rencontre de Néandertal« 
• Interview – Paléogénétique : sur la trace du génome de nos ancêtres (5’30 ») Catherine Hänni
• Article Pour la Science Sep 2020 « L’odyssée des gènes » avec Evelyne Heyer
• Article Pour la Science Nov 1999 « Les surprises de l’évolution humaine« 
• Article Pour la Science Jan 2011 « L’arrivée des langues indo-européennes en Europe« 
• Article Pour la Science Oct 2020 « Quand les agriculteurs se sont imposés en Europe« 
• Lire au CDI Sapiens à la plage pour une histoire générale de la paléo-humanité, et Neandertal à la plage pour une histoire spécifiquement centrée sur Neandertal

La diversité allélique entre les génomes humains individuels permet de les identifier (p50) et, par comparaison, de reconstituer leurs relations de parentés.

Grâce aux techniques modernes, on peut connaître les génomes d’êtres humains disparus à partir de restes fossiles (p52).

En les comparant aux génomes actuels, on peut ainsi reconstituer les principales étapes de l’histoire humaine récente (7p53).

Certaines variations génétiques résultent d’une sélection actuelle (tolérance au lactose 5-6p51, résistance à la haute altitude) ou passée (résistance à la peste 7p51).

exercice 5p57 séquençage du gène CFTR

6p57 apparition d’une maladie

7p58 remonter à notre origine commune

8p58 Neandertal est en nous

9p59 un allèle néandertalien sélectionné

10p59 origine des yeux bleus

11p60 retour en Afrique il y a 3000 ans

exercice type bac 4p101 migrations d’Homo sapiens

Une nouvelle méthode d’analyse génétique pour déterminer les lignées familiales à partir d’anciens (et rares) fragments d’ADN a permis de vérifier qu’Ernie LaPointe est bien un descendant direct du légendaire chef amérindien Sitting Bull.

Les auteurs de l’article paru dans Nature ont réévalué la date du métissage entre Homo sapiens et Homo Neanderthalensis, en examinant l’ADN d’un Homo sapiens mâle trouvé près de Ranis, en Allemagne, et celui d’une Homo sapiens femelle dont les restes ont été découverts dans une grotte sur le site de Zlatý kůň, en République Tchèque. L’analyse des chercheurs a montré que ces deux personnes ont vécu il y a environ 45 000 ans, ce qui fait de leurs génomes les plus anciens d’Homo sapiens jamais séquencés.

L’équipe a ensuite cherché à comprendre l’histoire de l’ADN néandertalien présent dans les génomes de ces deux personnes. Les chercheurs ont découvert qu’il provenait d’une vague unique de naissances d’Homo sapiens et de Néandertal entre 45 000 et 49 000 ans, presque certainement au Moyen-Orient. Les auteurs n’ont trouvé aucune preuve que les ancêtres de la femme de Zlatý kůň, de l’homme de Ranis et d’autres personnes trouvées à Ranis se soient mélangés avec des Néandertaliens en Europe après cet événement.

La diversité allélique entre les génomes humains individuels permet de les identifier et, par comparaison, de reconstituer leurs relations de parentés. Grâce aux techniques modernes, on peut connaître les génomes d’êtres humains disparus à partir de restes fossiles. En les comparant aux génomes actuels, on peut ainsi reconstituer les principales étapes de l’histoire humaine récente. Certaines variations génétiques résultent d’une sélection actuelle (tolérance au lactose, résistance à la haute altitude) ou passée (résistance à la peste).