How can we detect ancient pathogens in human remains? This thesis addresses the question by investigating the ancient pathogen landscape within and across European archaeological sites from the Middle Ages to the early modern period, a time when crowding, urban growth and mobility likely amplified transmission. Rather than focusing on a single pathogen, I approach each site as a bioarchaeological context to understand the life, infection and death of past communities, using phylogenetics only where warranted to place signals in time and space.

The introductory essay synthesises why detection succeeds or fails. Outcomes depend on pathogen ecology, load and genome size, as well as contamination, database composition and bioinformatics errors. Teeth are often considered to record bloodstream infections because they are well vascularised during life. Alternative routes, including ingress through caries or periodontal breaches and taphonomic transport, are likely contributors to detection as well, and these mechanisms are not mutually exclusive. I outline practical filters for presence and ancient status used in my analyses, many implemented in our metagenomics workflow, aMeta. I also show how secondary checks such as evenness-of-coverage proxies, competitive mapping to close relatives and sequence-similarity queries against NCBI’s nucleotide database often support genuine presence more reliably than raw read counts or depth of coverage. Indeed, viruses have small genomes, variable loads and fast mutation rates, while eukaryotic parasites have very large genomes, which together limit coverage in metagenomic data.

In Chapter I, we present aMeta, co-developed with SciLifeLab, which narrows candidates with a k-mer classifier using taxa-specific DNA sequences of length k and then authenticates them with lowest common ancestor alignment metrics, reducing false positives and false negatives while supporting large reference databases. In Chapter II, I perform a context-focused metagenomic screening of the medieval necropolis of Las Gobas and describe multiple zoonoses, some novel and some rarely reported in ancient DNA, including variola virus, demonstrating the value of testing all that is present rather than only traditionally prioritised targets. In Chapter III, I examine an Islamic cemetery in Ibiza, where I identify and perform capture enrichment on a case of Mycobacterium leprae infection (the agent of leprosy) in an individual buried under conditions similar to the other burials. I also show that careful screening below conservative thresholds reveals common infections such as hepatitis B virus and human parvovirus B19, the latter often overlooked. In Chapter IV, in collaboration with researchers at the Karolinska Institute, we recover human parvovirus B19 of genotype 2 from the shipwrecks Kronan and Mary Rose, bridging a European temporal gap in its historical genomic record. In Chapter V, I detect malaria in several members of the Mary Rose crew, illustrating low-coverage eukaryotic pathogen detection and shedding light on species diversity within ague (the contemporary term for malarial fevers) in Tudor England.

Taken together, the chapters highlight the advantage of pathogen-agnostic investigation, favoured here by site-led screening, though the same logic scales to larger datasets. Site-focused disease detection, without privileging well-known or high-coverage taxa, provides archaeological clues that offer new insights into site histories, for example, zoonoses suggesting close contact with animals and low-coverage malaria in the Mary Rose crew. Investigating within sites, then across them, shows that many infections in medieval and early modern Europe were present but under-detected, and refines how we understand the pestilence past communities were plagued with.

 Comment détecter des pathogènes anciens dans des restes humains ? Cette thèse aborde la question en examinant le panorama des pathogènes présents au sein et entre des sites archéologiques européens, du Moyen Âge à l’époque moderne, période où la promiscuité, la croissance urbaine et la mobilité ont vraisemblablement amplifié la transmission. Plutôt que de cibler un pathogène unique, j’aborde chaque site comme un contexte bioarchéologique pour illustrer la vie, les infections et la mort de communautés passées, et je n’ai recours à la phylogénétique que lorsque cela se justifie afin de situer les signaux dans le temps et l’espace. L’essai introductif synthétise les raisons pour lesquelles la détection d'un pathogène réussit ou échoue. Les résultats dépendent de l’écologie des pathogènes, de la charge et de la taille du génome, ainsi que de la contamination, de la composition des génomes de référence et des erreurs bioinformatiques. Les dents sont souvent considérées comme des témoins d’infections systémiques, car elles sont bien vascularisées durant la vie. D’autres voies, comme l’entrée via des caries ou des lésions parodontales et les transferts taphonomiques, contribuent probablement aussi à la détection de pathogènes, ces mécanismes n’étant pas exclusifs. Je propose des filtres pratiques pour vérifier la présence et l’ancienneté de l'ADN, que j'applique dans mes analyses et qui sont pour la plupart également inclus dans notre workflow de métagénomique, aMeta. Je montre aussi en quoi des vérifications secondaires, telles que des indicateurs d’uniformité de couverture, le mappage compétitif incluant des espèces proches et des recherches de similarité de séquence dans la base nucléotidique de NCBI, étayent souvent plus solidement une présence authentique que le simple nombre de lectures ou la profondeur de couverture. En effet, les virus ont de petits génomes, des charges variables et des vitesses d’évolution rapides, tandis que les parasites eucaryotes possèdent des génomes très volumineux, ce qui, dans les deux cas, limite la couverture en métagénomique. Au chapitre I, nous présentons aMeta, co-développé avec SciLifeLab, qui restreint les taxons candidats à l’aide d’un classificateur à k-mer fondé sur des séquences d’ADN spécifiques de taxons de longueur k, puis les authentifie avec des métriques d’alignement de type « plus petit ancêtre commun » (LCA), réduisant les faux positifs et les faux négatifs tout en supportant de grandes bases de données génomiques. Au chapitre II, je mène un criblage métagénomique centré sur le contexte de la nécropole médiévale de Las Gobas et je décris plusieurs zoonoses, certaines nouvelles et d’autres rarement rapportées en ADN ancien, dont le virus de la variole, ce qui illustre l’intérêt de tester tout ce qui est présent plutôt que seulement des cibles traditionnellement prioritaires. Au chapitre III, j’examine un cimetière islamique à Ibiza, où j’identifie un cas d’infection à Mycobacterium leprae (agent de la lèpre) et le confirme par enrichissement par capture chez un individu inhumé dans des conditions similaires aux autres sépultures. Je montre aussi qu’un criblage attentif en-deçà de seuils conservateurs révèle des infections courantes, comme le virus de l’hépatite B et le parvovirus B19 humain, souvent négligé. Au chapitre IV, en collaboration avec des chercheurs de l'institut Karolinska, nous récupérons du parvovirus B19 humain de génotype 2 à partir des épaves du Kronan et de la Mary Rose, comblant un vide temporel européen dans son archive génomique historique. Au chapitre V, je détecte le paludisme chez plusieurs membres de l’équipage de la Mary Rose, illustrant la détection de pathogènes eucaryotes à faible couverture et la diversité spécifique de l’« ague » (terme contemporain pour les fièvres paludiques) dans l’Angleterre des Tudor. Dans l'ensemble, ces chapitres soulignent l’intérêt d’une démarche agnostique au pathogène, facilitée ici par un criblage piloté par les sites, et dont la logique s’étend à des jeux de données plus vastes. Une détection des maladies centrée sur les sites, sans privilégier les taxons bien connus ou à forte couverture, fournit des indices archéologiques qui renouvellent l’histoire des sites, par exemple des zoonoses suggérant des contacts étroits avec les animaux et un paludisme à faible couverture chez l’équipage de la Mary Rose. L’examen au sein des sites, puis entre eux, montre que de nombreuses infections étaient présentes mais sous-détectées en Europe médiévale et moderne, et affine notre compréhension des pestes diverses qui ont affligé les communautés du passé.