Etude de l'interaction entre ADN et apatite analogue au minéral osseux et dentaire : implications pour la préservation de l'ADN ancien, son extraction, son analyse
Ce mémoire contribue à l'exploration des mécanismes physico-chimiques qui sous-tendent la préservation post mortem de l'ADN ancien au sein de restes squelettiques dans un contexte anthropologique ou médico-légal. Nous avons étudié le rôle potentiellement joué par la matrice minérale, composée d'apatite phosphocalcique, au sein d'un système complexe. Cette complexité provient tant des propriétés intrinsèques du tissu que de l'influence de paramètres dits " environnementaux " (température, pH, force ionique, activités enzymatiques) dans la préservation de l'ADN. Trois volets d'exploration ont été retenus. Une étude in situ a été réalisée via la caractérisation physico-chimique de spécimens osseux et dentaires 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. L'exploration in vitro de processus d'adsorption/désorption d'ADN sur une apatite biomimétique de synthèse préalablement caractérisée a été initiée, permettant des essais de modélisation des interactions physico-chimiques observées. 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. Sous un angle plus appliqué, un kit de purification d'ADN, utilisé pour l'ADN ancien, a été caractérisé afin de mieux comprendre l'affinité de l'ADN pour des surfaces inorganiques et identifier les éventuels paramètres influençant le rendement et la qualité des extraits d'ADN ancien.This thesis contributes to explore the physico-chemical mechanisms underlying the preservation of ancient DNA within skeletal remains, arising from anthropological or forensic contexts. The complexity of such systems is not only related to the intrinsic features of hard tissues, but also to the effect of environmental parameters (temperature, pH, ionic strength, microbiological activity). In particular, we focused on the potential key role played by the mineral matrix, composed of calcium phosphate apatite. We addressed this topic from three viewpoints. First, an in situ study was achieved by means of physico-chemical characterization of bone and tooth 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 perspective, the components of a DNA purification kit, used for ancient DNA, have been examined from a physico-chemical point of view with the goal to better understand DNA affinity toward inorganic surfaces and identify key parameters which may allow improving the yield and the quality of ancient DNA extracts
