Quand une épidémie de peste originaire de Mongolie atteint en 1894 la côte sud de la Chine et notamment Hong Kong, le Gouvernement français ainsi que l’Institut Pasteur mandatent Yersin pour y étudier les raisons de l’épidémie.
Simultanément et dans le même but un groupe de chercheurs japonais s’y est rendu, dirigé par Shibasaburo Kitasato. Entre le 12 et le 15 juin, Yersin voyage à Hong Kong et emmène avec lui un matériel très précaire qu’il a emprunté auparavant au laboratoire de microbiologie de l’Hôpital de Saigon.
À son arrivée, il apprend qu’une équipe de savants japonais est également présente pour étudier la nature de cette maladie. Du 17 au 19 juin, Yersin réalise plusieurs autopsies sur des cadavres de pestiférés qui s’avèreront malheureusement infructueuses. Ces autopsies nécessitent des droits délivrés par l’État anglais et Yersin réalise bien vite que les Japonais en bénéficient plus fréquemment, mais il apprendra par la suite que les Japonais achetaient ces droits. Il décide, alors, de se faire construire une annexe à l’Hôpital de Hong Kong pour pouvoir y travailler plus librement.
Le 20 juin, Yersin isole un microbe inconnu sur des cadavres de soldats anglais alors en garnison à Hong Kong, lequel microbe s’avère être le bacille de la peste bubonique. Peu après, il parvient à communiquer la maladie à des souris et à des cochons d’Inde. Le fait que le groupe ne disposât pas d’un incubateur, à la différence de Kitasato, et qu’il eut à faire ses cultures bactériennes à la température de l’air ambiant, dans une cabane de bambou, fut en réalité une circonstance favorable car, dans des conditions de laboratoire, Yersinia pestis, se développe mieux à des températures plus basses que celle du corps humain.
Le 3 août, Alexandre Yersin quitte Hong Kong pour l’Indochine satisfait d’avoir pu isoler le microbe de la peste et de l’avoir envoyé en France. Il annonce alors au monde entier la découverte en collaboration avec le savant japonais Kitasato du « bacille Kitasato – Yersin » responsable de la peste.
Mais, on remarque, par la suite, que Kitasato n’a, en fait, découvert qu’un streptocoque et que le microbe que Yersin a isolé le 20 juin est le réel agent de la peste. Selon certaines sources, Kitasato aurait reconnu son erreur en privé, mais aucune de ses publications ne contient une véritable rétractation. Le mérite de Yersin sera officiellement reconnu en 1970. Le « bacille de Yersin » fut d’ailleurs toujours le seul utilisé pour la préparation du vaccin contre la peste.
Bien qu’ayant réussi à isoler ce microbe responsable de millions de morts durant l’histoire, Yersin ne parviendra jamais à résoudre le problème de la transmission de la maladie du rat à l’homme. Atteint d’un paludisme sévère, il doit quitter la région. Il faut attendre 1898 pour voir un autre pastorien, Paul-Louis Simond établir avec certitude à Karachi que c’est la puce qui transmet le bacille par sa piqûre.
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