Dans cette interview, nous parlons au professeur Mark Thomas de ses dernières recherches sur la persistance de la lactase et de son évolution au fil des ans.
Sommaire
Pouvez-vous vous présenter et nous dire ce qui a inspiré vos dernières recherches ?
Je m’appelle Mark Thomas et je suis professeur de génétique évolutive à l’University College London (UCL). Je travaille sur divers aspects de l’évolution humaine. J’utilise l’ADN ancien, la modélisation informatique, les méthodes statistiques et les données archéologiques pour intégrer ces différents types de données afin de mieux comprendre comment nous avons évolué et adapté aux changements de notre environnement et comment nous nous sommes déplacés dans le monde.
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Comment le lactose est-il digéré dans le corps et comment les individus deviennent-ils intolérants au lactose ?
Il y a un sucre dans le lait appelé lactose ; pour digérer ce sucre, nous avons besoin d’une enzyme appelée lactase dans notre intestin. Tous les bébés produisent de la lactase, mais chez tous les autres mammifères étudiés à ce jour et chez la plupart des humains (et probablement chez tous les humains il y a 10 000 ans), la production de l’enzyme lactase est soit arrêtée, soit tombée à des niveaux très bas après la période de sevrage. Cela signifie que tous les autres mammifères, la plupart des humains et tous les humains il y a environ 10 000 ans n’auraient pas été capables de digérer le sucre du lait à l’âge adulte. C’est ce qu’on appelle la persistance de la lactase ou la non-persistance de la lactase.
Ce qui a généralement été supposé, c’est que si vous ne produisez pas l’enzyme lactase à l’âge adulte, vous serez intolérant au lactose. Cela signifie que si vous ne produisez pas l’enzyme et que vous consommez de grandes quantités de lait, vous aurez des symptômes d’incapacité à digérer ce lait, tels que des crampes, de la diarrhée et des flatulences. Cela impliquerait que votre corps ne peut pas digérer le lactose dans le lait parce que vous n’avez pas l’enzyme lactase. Ainsi, il devrait plutôt passer par votre intestin grêle dans le gros intestin, où il a quelques effets.
L’un des effets est qu’il aspire le liquide du sang et dans le côlon, ce qui le rend pâteux et provoque la diarrhée. Le deuxième effet est qu’il est fermenté par des bactéries, et elles produisent toute une gamme d’acides gras et de gaz, en particulier de l’hydrogène. Par conséquent, vous obtenez beaucoup de flatulences.
Pendant des années, on a largement supposé que la tolérance au lactose était apparue afin que les humains puissent consommer plus de produits laitiers. Pourquoi cela, et comment votre nouvelle recherche remet-elle en question cette théorie ?
L’idée générale était que le lait a spécifiquement évolué pour être nutritif. Il contient une combinaison étonnante de nutriments, des protéines de la meilleure qualité, un ensemble fantastique de graisses et de vitamines liposolubles et d’énormes quantités de calcium. Il contient une quantité décente de vitamine D et d’autres choses dont nous manquons généralement. C’est une sorte de super aliment. Ainsi, l’une des raisons pour lesquelles il était si important de digérer le sucre du lait – le lactose – est qu’il est généralement nutritif et bon pour la santé humaine.
Une autre idée est que les habitants d’Europe du Nord ne reçoivent pas beaucoup de vitamine D pendant une grande partie de l’année en raison de la quantité de lumière solaire que la peau voit. L’une des principales raisons pour lesquelles vous avez besoin de vitamine D est qu’elle vous aide à absorber le calcium, et le lait contient beaucoup de calcium. Cela aurait pu être important en Europe du Nord mais pas si important en Afrique, en Europe du Sud ou en Asie du Sud, où il y a beaucoup de soleil. Une autre raison est que le lait est une source relativement bonne de liquide non contaminé.
Toutes ces idées supposent que plus vous buvez de lait, plus la sélection naturelle sera forte. Mais nous ne trouvons pas cela. Nous constatons que rien dans le lait que les gens boivent ne fait de différence par rapport à la sélection naturelle.
Mon collègue de Bristol, George Davey Smith, l’un des principaux auteurs de cette étude, a fouillé dans la biobanque britannique et a examiné des personnes génétiquement persistantes au lactose et génétiquement non persistantes au lactose. Il ne pouvait voir aucune différence dans leur comportement de consommation de lait ou leurs indicateurs de santé. C’est assez déroutant car il semble que si vous ne produisez pas de lactose, cela ne signifie pas nécessairement que vous avez de mauvais symptômes d’intolérance au lactose.
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Dans vos dernières recherches, vous avez étudié l’évolution de la persistance de la lactase. Pouvez-vous décrire comment vous avez mené votre dernière étude ?
Nous avons observé les causes génétiques de la persistance de la lactase telles qu’elles ont évolué dans différentes parties du monde. Seul environ un tiers des adultes dans le monde sont persistants à la lactase, mais ils sont répartis en groupes dans le monde entier. En regardant la génétique et les changements génétiques au fil du temps, nous pouvons montrer que ce trait, la persistance de la lactase, était soumis à une énorme sélection naturelle positive. Cela a donné à nos ancêtres un énorme avantage de survie.
Au cours des 10 000 dernières années, la persistance de la lactase en tant que trait génétique a évolué plusieurs fois dans différentes parties du monde. La persistance de la lactase signifie que les gens continuent à produire cette enzyme tout au long de leur vie adulte. L’élément clé de cette étude est que nous pouvons déterminer si quelqu’un est persistant ou non à la lactase en examinant son ADN.
Nos collaborateurs ont constitué une énorme base de données d’environ 5 000 mesures indiquant si la graisse de la poterie était du lait ou de différents moments et lieux à travers l’Europe au cours des 10 000 dernières années. Ils pourraient constituer une carte incroyablement détaillée de l’évolution de l’utilisation du lait au fil du temps à différents endroits.
Mon équipe a réalisé des modélisations statistiques ou informatiques à l’aide de bases de données. Avec ces données, il était essentiel de déterminer si nous pouvons observer des changements dans les fréquences de persistance de la lactase au fil du temps et si le changement dans les modes d’utilisation du lait explique les sauts dans la fréquence de la persistance de la lactase – c’est-à-dire, est-il capable d’expliquer la sélection naturelle sur la persistance de la lactase plus précisément que de simplement supposer que la persistance de la lactase évoluait partout à un rythme constant dans le temps.
Qu’avez-vous découvert sur la persistance de la lactase ?
À notre grande surprise, l’analyse de l’évolution de l’utilisation du lait au fil du temps n’a pas permis d’expliquer mieux l’évolution de la persistance de la lactase que de supposer qu’elle était sélectionnée constamment au même rythme dans le temps. Ceci est à la fois déroutant et cohérent avec la découverte de George selon laquelle le fait d’être persistant ou non à la lactase ne semble pas faire de différence pour la santé des gens.
George a publié l’idée que lorsque les gens sont exposés à de grandes quantités d’agents pathogènes, les maladies diarrhéiques peuvent passer d’un état gênant à un état mortel. J’ai publié une idée connexe où j’ai suggéré qu’en période de famine dans le passé, les gens se tourneraient vers les produits laitiers et commenceraient à ne consommer que du lait non fermenté, qui est riche en lactose et leur donne la diarrhée. Nous avons maintenant deux nouvelles idées : une plus grande exposition aux agents pathogènes entraîne la sélection naturelle sur la persistance de la lactase, et l’exposition à la famine entraîne la sélection naturelle sur la persistance de la lactase.
Dans les données archéologiques, nous avons trouvé des proxys pour l’exposition aux agents pathogènes et à la famine. Pour les famines, nous avons utilisé les dates au radiocarbone et le nombre de famines pour estimer la croissance ou le déclin des populations. Nous avons également examiné la distribution spatiale de ces datations au radiocarbone. Lorsque les gens étaient entassés dans des agglomérations urbaines et vivaient à proximité les uns des autres, ils étaient plus susceptibles d’être exposés à des agents pathogènes. Nous avons pris ces données et créé des représentations mathématiques de l’exposition aux agents pathogènes et à la famine. Les procurations pour les famines et les agents pathogènes semblent mieux expliquer l’évolution de la persistance de la lactase que l’utilisation du lait ou la sélection naturelle constante.
Vos dernières recherches reposaient sur l’utilisation d’ADN ancien, quelque chose que nous voyons de plus en plus dans la recherche scientifique. Comment les progrès dans le domaine de la génétique ont-ils permis aux scientifiques d’approfondir leur compréhension de divers sujets, y compris la persistance de la lactase ?
Les technologies de séquençage de l’ADN se sont considérablement améliorées. Cette augmentation de la technologie s’est magnifiquement prêtée aux anciennes études sur l’ADN. Ces méthodes de lecture de l’ADN sont très bien adaptées à la lecture de nombreux courts fragments d’ADN, et l’ADN ancien n’est essentiellement que de nombreux courts fragments d’ADN.
L’ADN se décompose avec le temps mais dure assez longtemps. Nous pouvons extraire l’ADN de vieux os remontant à des milliers d’années. Cela signifie que nous pouvons rechercher des changements dans la fréquence des variantes génétiques. Si une variante génétique saute en fréquence et augmente lentement avec le temps, cela pourrait être dû au hasard. Si une variante génétique passe très rapidement d’une fréquence faible à une fréquence élevée, cela nécessite une poussée supplémentaire, et cette poussée est généralement la sélection naturelle.
Nous avons maintenant cette méthode étonnante pour observer la sélection naturelle en action, où nous pouvons la mesurer et dire quelles parties de notre génome, quels gènes, ont été soumises à la sélection naturelle la plus forte au fil du temps avec de l’ADN ancien. Nous pouvons observer l’évolution en action. La persistance de la lactase est la signature la plus forte pour un seul trait génétique, mais nous pouvons en examiner d’autres.
De nombreuses variantes génétiques semblent avoir changé assez rapidement au fil du temps, nombre d’entre elles étant associées au régime alimentaire ou à la résistance aux maladies infectieuses. Ces approches sont utiles pour comprendre les vulnérabilités futures aux maladies façonnées par la façon dont nous avons évolué dans notre passé évolutif.
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Pour vos dernières recherches, vous avez collaboré avec l’Université de Bristol ainsi qu’avec des collaborateurs de plus de 20 pays. Quelle était l’importance de la collaboration dans votre recherche ?
Notre recherche n’aurait pas été possible sans collaboration. Nous avons trois grands piliers de notre étude. Premièrement, les travaux de Richard et Mélanie sur l’évolution de l’utilisation du lait au fil du temps en utilisant une chimie archéologique très avancée nécessitent des niveaux d’expertise au-delà de mes capacités et des machines assez fantaisistes et coûteuses. Deuxièmement, le genre de travail que George a fait à Bristol; regarder la biobanque britannique était vraiment important pour souligner une question sans réponse. Troisièmement, notre équipe a également joué un rôle majeur : étudier l’ADN ancien et développer des approches de modélisation statistique et informatique. Les résultats de cette étude n’auraient pas été les mêmes sans la participation des trois institutions.
Quelles sont les prochaines étapes pour vous et votre recherche ?
Nous continuerons à suivre la voie de la persistance et de l’intolérance au lactose. Nous avons suffisamment de données pour faire ces tests en Europe, mais il est tout à fait clair qu’une forte sélection naturelle s’est également produite en Asie du Sud, au Moyen-Orient et en particulier dans de nombreuses populations africaines. Ce serait fantastique de se pencher sur cette question dans les populations africaines alors que nous disposons à la fois des données sur l’utilisation du lait et des données ADN anciennes.
Si la sélection naturelle sur la persistance du lactose est le résultat de la famine et de l’exposition aux agents pathogènes, cela unit les régions car, dans le passé, il n’y avait aucune raison de penser que les gens étaient plus ou moins exposés aux famines ou aux agents pathogènes en Europe, en Afrique, au Moyen-Orient , ou Asie du Sud. Ce serait formidable de tester le nouveau modèle que nos données semblent soutenir pour son évolution et son efficacité en Afrique, au Moyen-Orient et en Asie du Sud.
Maintenant que nous avons cette méthodologie pour mieux comprendre ce qui motive la sélection naturelle, nous pouvons commencer à mieux comprendre ce qui pousse cette sélection naturelle, et nous pouvons tester différentes hypothèses sur ce qui motive la sélection naturelle en utilisant ces nouvelles méthodes statistiques. Je voudrais le faire sur toute une gamme d’autres variantes génétiques sous sélection naturelle et tester ce qui les motive également.
À propos du professeur Mark Thomas
Mark Thomas est professeur de génétique évolutive à l’University College de Londres et travaille principalement sur les aspects biologiques et culturels de l’évolution humaine. Il utilise la simulation informatique et la modélisation statistique pour faire des inférences à partir de données génétiques – y compris l’ADN ancien – et d’informations archéologiques, sur des processus tels que les migrations et les dispersions passées, la sélection naturelle – en particulier en réponse aux changements de régime alimentaire et aux charges de maladies infectieuses – et comment la démographie façonne évolution culturelle.
