De nouvelles preuves de la sélection naturelle

D'où viennent les variations génétiques entre les populations humaines ? Une équipe de chercheurs parisiens répond aujourd'hui: de la sélection naturelle.

Chère à Darwin, la sélection naturelle est un lent processus qui distingue, au fil des générations, les individus les mieux adaptés à leur environnement. Mais si elle est souvent citée pour expliquer les caractéristiques d'animaux ou de plantes, son rôle est-il confirmé dans l'espèce humaine ? Oui, assure aujourd'hui une équipe de l'unité "Génétique évolutive humaine" de l'Institut Pasteur, à Paris (1). La sélection naturelle a bel et bien modelé notre patrimoine génétique.

Pour la première fois, les chercheurs apportent la preuve, à l'échelle du génome entier, qu'elle est responsable des différences qui existent entre les populations. "Avant toute chose, il faut rappeler que génétiquement le concept de races humaines – c'est-à-dire le fait de vouloir subdiviser l'espèce humaine d'après des caractères physiques héréditaires – n'a aucun sens, signale Lluis Quintana-Murci, directeur de l'unité. L'espèce humaine est jeune, et la diversité génétique s'avère finalement très faible. Sans compter que le génome d'un Lillois, par exemple, peut présenter plus de différences avec celui d'un Montpelliérain qu'avec celui d'un Dakarois."

Il n'empêche, il existe une réelle variabilité à l'échelle des populations, qui se traduit par des traits physiques et physiologiques distincts. Par exemple, les Asiatiques ne digèrent pas le lactose du lait, contrairement aux Européens du Nord et à certaines populations africaines. Et les Européens du Nord, eux, résistent bien moins au paludisme que les Africains. L'enjeu est donc de savoir si ces grandes tendances prennent leur source dans la dérive génétique, c'est-à-dire dans le simple hasard des brassages démographiques, ou dans la fameuse sélection naturelle. Dans ce cas, une mutation génétique qui confère un avantage dans un environnement donné se répand plus rapidement au sein de la population.

Pour résoudre ce dilemme, les chercheurs se sont intéressés aux mutations de simples bases dans le génome humain. Quèsaco ? Notre patrimoine génétique est écrit avec un alphabet qui ne contient que quatre lettres, ou bases – A, T, C, G –, dont l'ordre d'assemblage définit toutes les substances constituant notre organisme. Or il arrive que dans une séquence donnée, une base soit malencontreusement remplacée par une autre. Lluis Quintana-Murci et ses collègues ont comparé près de 3 millions de ces mutations uniques chez plus de deux cents Nigérians, Chinois, Japonais et Européens du Nord, répertoriées dans le cadre du projet international Hapmap (2). L'idée était alors de calculer le degré de variabilité entre les populations pour chaque mutation. En clair, il s'agit d'une mesure statistique qui établit la présence ou non d'une mutation donnée dans une population. Un cas extrême serait par exemple que tous les Européens possèdent, à un endroit précis de leur génome, une base A alors que le reste du monde possède une base G. Le degré de variabilité pour cette mutation serait alors maximal, puisque tous les membres d'une unique population la porteraient.

Les chercheurs ont calculé le degré de variabilité pour chaque classe de mutations: selon qu'elles affectent un gène avec ou sans conséquences sur la protéine correspondante, qu'elles touchent une région du génome qui régule l'expression d'un gène ou n'a aucune fonction particulière...

"Si les fréquences des mutations étaient gouvernées par la simple dérive génétique, celles-ci toucheraient le génome dans son ensemble et aucune classe de mutations ne serait avantagée par rapport à une autre, explique Lluis Quintana-Murci. En revanche, si leurs fréquences ont été influencées par la sélection naturelle locale, et donc impliquées dans l'adaptation à l'environnement de chaque population, il est évident que les régions du génome les plus importantes pour la bonne marche de l'organisme montreront le degré de variabilité le plus élevé." Et c'est bien ce que les chercheurs ont découvert. Les mutations qui affectent directement les gènes et leurs protéines, et les régions régulatrices des gènes montrent une plus grande variabilité entre populations que les autres. En fait, 582 gènes exactement sont impliqués. Il s'agit évidemment de ceux contrôlant les traits morphologiques, comme la couleur de peau ou le type de cheveux, mais aussi de ceux qui régulent le métabolisme ou la réponse immunitaire aux pathogènes. C'est ainsi qu'une mutation du gène CR1, impliqué dans la résistance aux attaques de paludisme, se retrouve chez 85 % des Africains mais est absente chez les Européens et les Asiatiques.

L'équipe de Lluis Quintana-Murci ne va pas s'arrêter en si bon chemin. Elle souhaite maintenant mieux connaître le rôle de la sélection naturelle dans les interactions de l'homme avec les pathogènes et savoir dans quelle mesure celles-ci sont affectées par le mode de vie des populations humaines.

Notes:
(1) Unité CNRS "Hôtes, vecteurs et agents infectieux: biologie et dynamique".
(2) Financé par le Japon, la Chine, le Royaume-Uni, le Canada, le Nigéria et les États-Unis, le projet Hapmap vise à cataloguer les similitudes et les différences génétiques entre les humains, notamment pour l'identification de gènes associés à des maladies et à la réponse aux traitements.

Gabon : un pasteur se noie en voulant imiter Jésus

LIBREVILLE (AFP) - Un jeune pasteur d'une Eglise dite "de Réveil" (pentecôtiste) s'est noyé lundi sur une plage de Libreville en voulant marcher sur l'eau, à l'instar de Jésus-Christ dans la Bible.

Selon le quotidien gouvernemental L'Union, le pasteur d'origine camerounaise "aurait eu une révélation lui permettant de rallier la Pointe Denis", séparée de Libreville par l'Estuaire du Komo, une traversée d'une vingtaine de minutes en bateau. "En fait de dominer une mer généralement impitoyable avec ceux qui la défient, le serviteur de Dieu a tout simplement sombré en présence du photographe qu'il avait pris comme témoin du miracle et de quelques fidèles auxquels il avait promis la guérison", a expliqué le quotidien.

Les Eglises pentecôtistes, souvent d'inspiration américaine, se sont multipliées depuis le début des années 90 au Gabon, pays d'1,3 million d'habitants qui en compte actuellement plus d'un millier, rassemblant environ 120.000 fidèles réguliers. Les pasteurs promettent généralement à leurs fidèles que leur foi leur apportera succès professionnel et amoureux, santé, richesse. Certains prétendent pouvoir accomplir des miracles et notamment guérir toutes sortes de maladie, de la simple grippe jusqu'au sida.

Un candidat idéal pour les Darwin Awards de cette année. Tant qu'à tenter la performance supposée de Jésus, il aurait pu commencer sa tentative là où il avait encore pied.

Natural selection has strongly influenced recent human evolution

ITHACA, N.Y. -- The most detailed analysis to date of how humans differ from one another at the DNA level shows strong evidence that natural selection has shaped the recent evolution of our species, according to researchers from Cornell University, Celera Genomics and Celera Diagnostics.

In a study published in the Oct. 20 issue of the journal Nature, Cornell scientists analyzed 11,624 genes, comparing how genes vary not only among 39 humans but also between the humans and a chimpanzee, whose DNA is 99 percent identical to humans.

The comparisons within and between species suggest that about 9 percent of genes that show some variability within humans or differences between humans and chimpanzees have evolved too rapidly to be explained simply by chance. The study suggests that positive Darwinian natural selection -- in which some forms of a gene are favored because they increase the probability of survival or reproduction -- is responsible for the increased rate of evolution. Since genes are blueprints for proteins, positive selection causes changes in the amino acid sequence of the protein for which the gene codes.

"Our study suggests that natural selection has played an important role in patterning the human genome," said the paper's lead author, Carlos Bustamante, assistant professor of biological statistics and computational biology at Cornell.

The Cornell/Celera team found that genes involved in immune function, sperm and egg production, sensory perception and transcription factors (proteins that control which genes are turned on or off) have been particularly affected by positive selection and show rapid evolution in the last 5 million years, when humans shared a common ancestor with chimps.

Likewise, the researchers found that approximately 13 percent of the genes that may vary show evidence of slightly deleterious or harmful mutations in human populations; these include genes involved in determining the basic structure of cells and muscles as well as genes that control traffic in and out of the cell. These mutations are subject to weak negative selection, according to the study. In general, negative selection eliminates from the population very harmful changes to proteins that kill or stop reproduction. But mutations that have led to slightly deleterious versions of the gene -- mutations that may cause disease or only slightly reduce the average number of children left by those that carried the mutation -- can by chance become quite common in the population.

The authors also found a correlation between genes predicted to be under negative selection and genes implicated in certain hereditary diseases. For example, among the genes the researchers predicted to be under negative selection are those involved in muscular dystrophy and in Usher syndrome, the most common cause of congenital blindness and deafness in developed countries.
"We have a long way to go before we can predict from looking at sequences, which mutations in which genes and under which environmental conditions can ultimately lead to disease. This is a first step in identifying the classes of genes that appear to be particularly vulnerable to these types of changes," said Bustamante.

A team from Celera initiated the project and sequenced more than 20,000 genes in 39 humans and a chimpanzee. By comparing the DNA sequences of the 39 human subjects across the 20,000 genes, the Celera researchers identified DNA sites in the genome where individuals in the sample differed from one another. The chimpanzee sequence was then used to identify which form of the gene was the original ancestral form and which was the derived or new type. The original goal of the project was to identify novel amino acid variants that could then be tested for association with human disease in subsequent studies. The Cornell researchers became involved at the analysis stage in order to make predictions about what types of changes are most likely to be functionally important.