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Une nouvelle étude dirigée par des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie — constituant le plus grand examen jamais réalisé de la persistance de la lactase dans des populations géographiquement diverses d’Africains — a examiné les origines génétiques de ce trait et offre un soutien à l’idée que la capacité à digérer le lait était une puissante force sélective dans une variété de populations africaines qui élevaient du bétail et consommaient le lait frais des animaux.

La recherche a été dirigée par Alessia Ranciaro, une boursière postdoctorale au département de génétique de Penn à la Perelman School of Medicine, et Sarah Tishkoff, un professeur de Penn Integrates Knowledge avec des nominations au département de génétique de Penn Medicine et au département de biologie de Penn Arts and Sciences.

L’article sera publié le 13 mars dans l’American Journal of Human Genetics.

Des recherches antérieures avaient montré que les Européens du Nord et les personnes ayant des ancêtres européens du Nord, ainsi que les populations d’Afrique, de la péninsule arabique et d’Asie centrale ayant une tradition de production et de consommation de lait frais, continuent d’exprimer l’enzyme lactase à l’âge adulte. Certaines de ces études antérieures avaient attribué l’origine génétique de ce trait chez les Européens à une mutation particulière qui régule l’expression du gène qui code pour la lactase. Et en 2007, une étude de Tishkoff, Ranciaro et leurs collègues a examiné les populations africaines et a trouvé trois variantes génétiques supplémentaires associées à la persistance de la lactase qui n’avaient pas été identifiées auparavant.

« Mais ces variantes n’expliquaient pas complètement la raison pour laquelle certains Africains étaient capables de digérer le lait », a déclaré Ranciaro.

Pour tenter de concilier ces divergences apparentes entre le génotype, la base génétique d’une caractéristique, et le phénotype, la caractéristique elle-même, Ranciaro, avec ses collègues, a mené des études de terrain dans des régions souvent éloignées du Kenya, de la Tanzanie et du Soudan pour recueillir des échantillons de sang et effectuer un test de tolérance au lactose sur des personnes de diverses origines ethniques.

« L’idée était que nous voulions échantillonner autant de populations, et un ensemble de populations aussi diverses que possible », a déclaré Ranciaro. « Nous avons inclus des pasteurs, des agro-pasteurs, des agriculteurs et des chasseurs-cueilleurs, de sorte que les quatre principaux modes de subsistance étaient tous couverts. »

Les chercheurs de Penn ont travaillé avec des collaborateurs africains et des bureaux de district locaux et des chefs de tribu pour faire passer le mot et recruter des volontaires pour leur étude.

« C’était un test très difficile à faire sur le terrain dans des régions éloignées », a déclaré Ranciaro. « Nous avons pris soin de nous assurer que les gens comprenaient pourquoi nous faisions cette étude et qu’ils devraient s’engager pour l’heure ou plus de temps nécessaire pour faire le test. »

Le test révèle si une personne a la capacité de digérer le lactose en glucose et galactose. Il exige des participants qu’ils jeûnent toute la nuit, qu’ils fassent mesurer leur glycémie, puis qu’ils boivent une boisson sucrée contenant l’équivalent en lactose d’un à deux litres de lait de vache et qu’ils fassent ensuite tester leur glycémie à intervalles fixes.

Pour rechercher des variations génétiques entre les capacités des populations à digérer le lait, l’équipe a séquencé trois régions génomiques censées influencer l’activité du gène LCT codant pour la lactase chez 819 Africains issus de 63 populations différentes et 154 non-Africains issus de neuf populations différentes d’Europe, du Moyen-Orient et d’Asie centrale et orientale. Ils ont également examiné les résultats du test de tolérance au lactose chez 513 personnes issues de 50 populations d’Afrique de l’Est.

Leurs efforts de séquençage et de phénotypage ont confirmé l’association entre la persistance de la lactase et trois polymorphismes mononucléotidiques connus, ou SNP, des endroits où la séquence d’ADN varie en une seule « lettre ». Mais ils ont également identifié deux nouveaux SNP associés au trait, situés dans des régions dont on pense qu’elles régulent l’expression du gène de la lactase.

Leur analyse a révélé de fortes preuves d’une sélection positive récente affectant plusieurs variants associés à la persistance de la lactase dans les populations africaines, probablement en réponse au développement culturel du pastoralisme. Les schémas géographiques distincts dans lesquels ces variants étaient présents sont corrélés dans de nombreux cas avec les migrations humaines historiques, le mélange entre les populations ainsi que la propagation du bétail, des chameaux ou des moutons.

Par exemple, ils ont trouvé le variant associé à la persistance de la lactase chez les Européens, T-13910, dans les groupes pastoraux d’Afrique centrale et du Nord, ce qui suggère que ces groupes peuvent s’être mélangés historiquement avec une population non africaine. L’ancienneté de cette mutation génétique est estimée à 5 000-12 300 ans, ce qui coïncide avec les origines de la domestication du bétail en Afrique du Nord et au Moyen-Orient. Et une variante, G-13915, trouvée à des fréquences élevées dans la péninsule arabique, et également présente dans le nord du Kenya et le nord du Soudan, date d’il y a environ 5 000 ans, à peu près à l’époque où les preuves archéologiques suggèrent que les chameaux étaient domestiqués dans la région.

Une autre variante, G-13907, a été identifiée dans les parties nord du Soudan et du Kenya ainsi qu’en Éthiopie. Les chercheurs supposent que cette mutation pourrait être apparue dans les populations cushitiques d’Éthiopie, qui ont ensuite migré au Kenya et au Soudan au cours des 5 000 dernières années.

Ils ont observé encore une autre variante, C-14010, en Tanzanie et au Kenya ainsi qu’en Afrique australe. Cette variante serait apparue il y a 3 000 à 7 000 ans, un timing qui correspond à la migration des pasteurs d’Afrique du Nord vers l’Afrique de l’Est. L’analyse des chercheurs suggère que cette variante s’est répandue plus récemment en Afrique australe, peut-être seulement au cours des 1 000 dernières années.

« Nous commençons à peindre une image d’évolution convergente », a déclaré Tishkoff. « Nos résultats montrent différentes mutations survenant dans différents endroits qui sont sous sélection et s’élevant à des fréquences élevées, puis réintroduites par migration vers de nouvelles zones et de nouvelles populations. »

Même avec les nouvelles variantes identifiées par l’équipe de Penn, il y avait encore des modèles que les données génétiques ne pouvaient pas expliquer. Certains groupes qui semblaient être capables de digérer le lait ne présentaient aucun signe génétique de cette capacité. Les Hadza, dont près de la moitié présentaient le trait de persistance de la lactase, en sont un exemple.

« Cela soulève la forte possibilité qu’il existe d’autres variantes, peut-être dans des régions du génome que nous n’avons pas encore examinées », a déclaré Tishkoff.

Une autre possibilité est que les bactéries commensales dans l’intestin pourraient offrir aux humains un coup de pouce pour digérer le lait. L’équipe est en train d’analyser les bactéries intestinales des Africains pour voir si cela peut être le cas.

Autres co-auteurs de l’étude : Michael C. Campbell, Jibril B. Hirbo et Wen-Ya Ko du département de génétique de Penn, Alain Froment du Musée de l’Homme à Paris, Paolo Anagnostou de l’Universita’ La Sapienza et de l’Istituto Italiano di Antropologia à Rome, Maritha J. Kotze de l’Université de Stellenbosch en Afrique du Sud ; Muntaser Ibrahim de l’Université de Khartoum ; Thomas Nyambo de l’Université Muhimbili de la santé et des sciences connexes en Tanzanie ; et Sabah A. Omar de l’Institut de recherche médicale du Kenya.

Tishkoff discutera de ce travail et d’autres études sur la variation génétique africaine lors de la réunion « Evolution of Modern Humans : From Bones to Genomes », du 16 au 18 mars.