Ce mémoire contribue à l'exploration des mécanismes physico-chimiques qui sous-tendent la préservation de l'ADN ancien au sein de restes squelettiques (osseux et dentaires), dans un contexte anthropologique ou médico-légal. La complexité du système étudié provient non seulement des propriétés histologiques et physico-chimiques intrinsèques des tissus durs, mais aussi de l'influence de nombreux paramètres du milieu environnant (activité microbiologique, température, pH, force ionique, présence d'inhibiteurs de la PCR…). Nous nous sommes plus particulièrement intéressés au rôle potentiellement joué par la matrice minérale, composée d'apatites phosphocalciques. Cette problématique a été abordée d'un point de vue tout d'abord fondamental puis appliqué, selon trois approches. Tout d'abord, une étude in situ a été réalisée via la caractérisation physico-chimique de spécimens squelettiques anciens utilisés comme substrats d'ADN. Nos résultats contribuent à l'identification d'indicateurs physico-chimiques de la diagénèse, tels que la quantité de matière organique résiduelle, l'état de maturation de l'apatite, ou encore la taille de cristallites. Ensuite, l'exploration de processus d'adsorption/désorption d'ADN sur une apatite biomimétique de synthèse a été initiée, indiquant l'existence de fortes interactions physico-chimiques que nous avons tenté de modéliser. Nos données corroborent l'hypothèse d'une conservation exceptionnelle de l'ADN dans le temps par le biais d'une adsorption sur l'apatite, avancée empiriquement par de nombreux paléogénéticiens. D'un point de vue plus appliqué, une meilleure compréhension de l'affinité de l'ADN vis-à-vis de surfaces inorganiques peut à terme permettre une amélioration des performances de kits d'extraction d'ADN ancien. Dans ce cadre, un kit d'extraction a été examiné d'un point de vue physico-chimique afin d'identifier les éventuels paramètres qualitatifs et quantitatifs influant l'extraction d'ADN (rendement, qualité des fragments). |
This thesis contributes to explore the physico-chemical mechanisms underlying the preservation of ancient DNA within skeletal remains (bones and teeth), arising from anthropological or forensic contexts. The complexity of such systems is not only related to the intrinsic features (histological, physico-chemical) of hard tissues, but also to the effect of various environmental parameters (microbiological activity, temperature, pH, ionic strength, presence of PCR inhibitors…). In particular, we focused on the potential key role played by the mineral matrix, composed of calcium phosphate apatites. We addressed this topic from three viewpoints, from a fundamental approach to a more applied perspective. First, an in situ study was achieved by means of physico-chemical characterization of skeletal remains, previously used as DNA substrates. Our results contribute to identify diagenetic indicators, such as the amount of residual organic matter, the maturation state of the apatite phase, or else mean crystallite dimensions. Next, we initiated a study of DNA adsorption/desorption processes on synthetic biomimetic apatite, pointing to the existence of strong physico-chemical interactions, that we have attempted to model. Our data substantiate the empirical hypothesis often alleged by paleogenetics researchers – but not experimentally demonstrated – explaining the exceptional preservation of DNA over time thanks to an adsorption phenomenon onto apatite within hard tissues. From a more applied point of view, a better understanding of DNA affinity toward inorganic surfaces may allow improving the yield of ancient-DNA extraction kits. In this context, the components of such a kit have been examined from a physico-chemical point of view with the goal to identify key parameters. |