Bacillus anthracis Evolution: Taking Advantage of the Topology of the Phylogenetic Tree and Human History to Propose Dating Points
Evolution de Bacillus anthracis : interprétation de la topologie de l'arbre phylogénétique au regard d'évènements historiques pour proposer une datation
Résumé
This review expands on a talk I gave during the "Biology of Anthrax" meeting held in Bari, Italy (September 3 rd-6 th , 2019). The talk was a synthesis of recent investigations taking advantage of the topology of the Bacillus anthracis phylogenetic tree to propose tentative dating points and scenarios. Currently available whole-genome sequence (WGS) data allowed identifying single nucleotide polymorphisms (SNPs) among B. anthracis strains and drawing phylogenetic trees. The geographic origin of the strains and the topology of the tree were used to infer spreading events. Five star-like patterns in the tree (polytomies), each containing at least six branches, were detected. The analysis of the geographic distribution of the strains constituting one such polytomy suggests that it emerged not more than a few centuries ago. The key observation allowing this dating is the finding that the polytomy is anchored into Western Europe and that the main North-American lineage emerged from one of its branches, indicative of a post-Columbian export. From this point, I propose additional working hypotheses which may allow dating key nodes along the phylogeny of B. anthracis corresponding to four "Out-of-Africa" events. While trade of contaminated animal products seems to be the predominant driving force underlying modern long-distance spreading of B. anthracis, invasive military operations and more generally borders instabilities may have played an important role in earlier times. The testing of these hypotheses will require the sequencing of a significant number of additional strains from many countries.
Cette revue découle d'une présentation faite lors du congrès "Biologie de la maladie du charbon" qui s'est tenu à Bari, Italie, du 3 au 6 septembre 2019. La présentation était une synthèse de travaux récents tirant parti de la topologie de l'arbre phylogénétique de Bacillus anthracis pour proposer une datation et un scenario d'évolution. Les analyses faites s'appuient sur les données de séquençage actuellement disponibles pour des centaines de souches d'origines géographiques diverses. L'étude bioinformatique de ces données permet d'identifier des mutations ponctuelles ou polymorphismes nucléotidiques. L'évolution clonale de B. anthracis autorise ensuite la construction d'un arbre phylogénétique sans ambiguïtés. Cet arbre comporte quelques structures en étoiles remarquables, nommées "polytomies". L'une de ces polytomies compte sept branches issues d'un ancêtre commun et est constituée principalement de souches isolées en France, Italie et Espagne. L'une de ces branches contient elle-même une division secondaire, conduisant à des souches trouvées soit dans l'Est de la France (Lorraine), soit en Espagne, soit en Afrique de l'Ouest, soit en Amérique du Nord. Le profil évolutif précis du lignage Nord-Américain permet de montrer en outre que l'introduction s'est faite par le Canada, puis que la contamination a progressé vers le sud à travers les Etats-Unis, jusqu'à atteindre Haïti. Le scénario proposé est une introduction au Canada au 17ième siècle. Cette datation très récente d'une polytomie qui représente une part significative de l'arbre phylogénétique ouvre la possibilité que B. anthracis, à l'instar d'autres pathogènes majeurs tels que Mycobacterium tuberculosis l'agent responsable de la tuberculose, soit un produit de l'émergence de l'agriculture il y a quelques milliers d'années. La revue se termine en proposant suivant cette logique que B. anthracis soit issu d'Afrique Centrale. Les lignages de Bacillus cereus porteurs de plasmides de virulence très proches de ceux de B. anthracis identifiés en Afrique Centrale pourraient en effet traduire la présence d'un "incubateur" de telles agents infectieux. L'arbre phylogénétique de B. anthracis porterait la trace de quatre évènements de sortie d'Afrique au cours des derniers millénaires.
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