Палеогеномика: как зубы рассказали об истории эпидемий
«В случае covid-19, мы видим похожие процессы, но мы наблюдаем, как они разворачиваются в реальном времени», — сказала Энн Стоун, профессор-регент Школы эволюции человека и социальных изменений в Аризоне.
По словам Марии Спайру, микробиолога из Института Макса Планка в Германии, палеогеномика, в которой используются высококачественные медицинские инструменты, подобные тем, которые сейчас используются для отслеживания коронавируса, стала «революцией» в понимании истории болезни. Там, где нет исторических данных, образцы древней ДНК дают возможность восполнить пробелы, иногда самым удивительным образом. Одним из таких открытий стала чума.
«До 2015 года мы думали, что чума — это заболевание, которому 3000 лет».
Ученые и археологи теперь считают, однако, что бактерии чумы, которые привели к средневековой Черной Смерти, которая убила до половины населения Европы, привели к массовому заражению примерно 5000 лет назад, еще в каменном веке. Бактерии после того, как они попали в кровоток и, вероятно, убили хозяина, циркулировали в пульповой камере зубов, которая защищала ДНК от тысячелетий износа в окружающей среде. В последнее десятилетие ученые смогли извлечь и проанализировать эту ДНК.
Чума каменного века
Чума каменного века обладала несколько иной генетической идентичностью. Отслеживание эволюции этих различий помогает биологам-инфекционистам лучше понять, что вызывает заболевание и как подготовиться к текущим вспышкам. Например, бактерии чумы в каменном веке испытывали недостаток в генах, необходимых для перехода от блох к людям, которые, вероятно, сильно поспособствовали широкому распространению Черной смерти. Без гена блохи болезнь, вероятно, использовала другого животного-передатчика, который вступал в контакт с людьми. В 2018 году команда Университета Копенгагена опубликовала первые доказательства, что древние бактерии чумы, найденные в шведском поселении, обладали способностью убивать и могли угрожать жизни в эпоху «мегапоселений».
«Вероятно, это была первая пандемия», — сказал Саймон Расмуссен, генетик из университета и ведущий исследователь по изучению чумы. В каменном веке, также называемом периодом неолита, люди начали собираться в больших поселениях, где до 10 000 человек живут в тесных помещениях с животными и практически не имеют санитарных условий. «Это отличное место для появления нового патогена», — добавил он.
Палеогеномика также позволила археологам заполнить один из самых больших пробелов в археологии. Патогенные микроорганизмы редко оставляют следы на костях, и целые популяции могут вымереть не оставив после себя и намека на причину. Благодаря возможности читать следы ДНК сохраненной в зубах, историки узнают о болезнях в древних людях.
Кристиан Кристиансен, археолог Копенгагенского университета, считает, что исследования его группы освещают причины демографического преобразования каменного века, называемого упадком неолита, который археологи уже давно изучают.
Поселения в то время исчезали быстрее, чем появлялись, и в течение нескольких сотен лет большая часть населения была заменена мигрантами из Евразийской степи. Исследователи и раньше выдвигали гипотезу о том, что ключевую роль в уничтожении коренного населения сыграла болезнь. Но теперь у них есть доказательства.
Изменение истории
«Миграция из степи не была бы успешной без чумы. И далеко не все население современной Европы говорило бы на индоевропейских языках », — сказал Кристиансен.
В 2018 году группа специалистов по палеогеномике проанализировала древние зубы из неолитических памятников в современной Германии и обнаружила, что вирус гепатита В насчитывает не менее 7000 лет . Другое исследование того же года расширило наши знания об истории парвовируса В19 с нескольких сотен до 6900 лет. Парвовирус B19 вызывает легкую сыпь у людей и приводит к вспышкам каждые несколько лет.
В феврале исследователи из Массачусетского технологического института опубликовали данные , свидетельствующие о том, что виды бактерий сальмонеллы, от которых ежегодно болеют миллионы человек, поражали людей 6500 лет назад. Микробиолог Феликс Ки выявил ДНК сальмонеллы из зубов, найденных в захоронениях скотоводов вблизи Волги. Кей говорит, что ДНК сальмонеллы в их зубах является первым доказательством того, что принятие оседлого образа жизни в тесном контакте с животными могло привести к появлению патогенных микроорганизмов.
«Эта древняя ДНК могла бы дать нам возможность доказать или опровергнуть гипотезу о том, что неолитическая революция была главной причиной появления многих человеческих болезней», — сказал Ки. «Этому способствовало совместное проживание людей и скота».
Как и многие палеогеномисты, Ки использует инструменты дантиста и надевает что-то вроде костюма, который блокирует возможное загрязнение ДНК зубов, извлеченных из поселений, которые на тысячи лет старше Римской империи.
Методы выделения ДНК
Палеогеномика стала возможной благодаря новым методам извлечения ДНК, разработанным для медицинских целей в последнее десятилетие.После использования инструментов стоматолога для извлечения и измельчения материала, запертого внутри зуба, молекулярные биологи используют технику, называемую «секвенирование дробовика», чтобы извлечь весь генетический материал.Затем для расшифровки данных требуется, чтобы специалисты по биоинформатике могли сопоставить генетическую идентичность с известными патогенами. После этого археологи должны вставить человеческую болезнь в исторический контекст.
Процесс дорогой, и в основном им занимаются европейские лаборатории с хорошим оборудованием и финансированием. Проведение полного обследования зубов может стоить более 1 миллиона долларов. Тем не менее, многое зависит от удачи команды в поиске достаточного количества древних зубов, которые в течение тысячелетий находились в правильных условиях для сохранения ДНК патогена. В исследовании бактерий сальмонеллы команда Кея проанализировала 3000 образцов и нашла только восемь с сохраненными бактериями сальмонеллы.
Саймон Расмуссен сказал, что, хотя он вполне уверен, что свидетельства его команды описывают самую старую пандемию человека, необходимо найти и проанализировать больше образцов ДНК. ДНК, использованная в его исследовании, взята только из одного небольшого поселения в районе современной Швеции. Расмуссен сказал, что для доказательства пандемии ученым необходимо найти доказательства ДНК в некоторых крупных местах — в других частях Европы.
Несмотря на это, палеогеномика показала, что люди участвуют в «гонке вооружений с патогенами» в течение многих тысяч лет.
Источник: www.washingtonpost.com
Поделитесь с коллегами!
