Frühzeitliche Tierreservoire von Zoonosen

Vedoucí vědkyně Anne Kathrine W. Runge extrahuje DNA v čisté místnosti Max-Planck-Institutu pro infekční biologii, aby zabránila kontaminaci vzácné DNA z archeologických zvířecích pozůstatků. © Christian Denkhaus / Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie

Zvířecí kostry, které jsou zkoumány na Německém archeologickém institutu na paleopatologické léze. © Anne K. W. Runge / Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie

Studie zkoumá zoonotické patogeny v eurasijském bronzovém věku, období intenzivní migrace a zavádění pastevectví, které podporovalo přenos živočišných patogenů na člověka. Mezinárodní tým analyzoval 346 vzorků (zejména od domestikovaných zvířat) z 34 nalezišť. Přitom byly zkoumány především kosti s paleopatologickými lézemi a zuby, aby se prokázaly DNA stopy raných infekcí. Pomocí citlivých metod identifikovali vědci patogeny jako Streptococcus lutetiensis a Erysipelothrix rhusiopathiae, což potvrzuje prahistorický původ zoonotických infekcí.

– Pozadí: Mnoho lidských nemocí má zoonotický původ, což znamená, že se přenášejí z zvířat na člověka. Během eurasijského bronzového věku (který začal přibližně před 5 000 lety) zažívali lidé velké migrační pohyby a zavádění pastevectví, což pravděpodobně usnadnilo přenos patogenů z zvířat na člověka. Rané DNA patogenů z pozůstatků zvířat je však dosud málo prozkoumáno a technicky náročné.
– Design studie: Mezinárodní a interdisciplinární tým identifikoval 346 vzorků převážně od domestikovaných zvířat z 34 eurasijských nalezišť, z nichž mnohá pocházejí z doby bronzové, za účelem zkoumání přítomnosti starých DNA patogenů.
– Cílený sběr vzorků: Aby zvýšili míru detekce, zaměřili se především na kosti s paleopatologickými lézemi, které naznačují dřívější infekce (215 kostí, z nichž 188 mělo léze), a zahrnuli 131 zubů, aby zachytili DNA systémových infekcí, které zůstaly v dentinové dutině.
– Metodika a výsledky: Extrakce staré DNA v čistých prostorách a citlivé počítačové screenování odhalily několik signatur zoonotických patogenů. Dva patogeny (Streptococcus lutetiensis, Erysipelothrix rhusiopathiae) vykazovaly dostatečné fragmenty pro srovnávací analýzu, čímž byla potvrzena jejich historická autenticita.
– Důsledky: Prioritizace na základě lézí vedla k vyššímu počtu pozitivních výsledků a nabízí nákladově efektivní strategii, avšak sběr různých skeletálních prvků zůstává klíčový. Studie poskytuje důkaz konceptu pro použití zooarchaeologické staré DNA k sledování rezervoárů, šíření a přenosových mechanismů prahistorických zoonóz.

Neprozkoušená cesta – rané DNA patogenů ze zooarchäologického archivu

Většina dnešních infekčních nemocí u lidí má zoonotický původ, což znamená, že se přenášejí z zvířat na člověka. Různé důkazy naznačují, že začátek eurasijského bronzového věku před přibližně 5 000 lety byl klíčovým obdobím, kdy se objevilo mnoho zoonóz, které přetrvávají dodnes. Anne Kathrine W. Runge, hlavní autorka studie, vysvětluje: „Bronzový věk byl poznamenán velkými migracemi národů a, což je obzvlášť důležité, rozšířeným zaváděním pastevectví – způsobu života založeného na domestikovaných zvířatech. Ačkoliv existuje hypotéza, že to mohlo otevřít cestu pro vznik zoonóz, dosud chybí rozsáhlé výzkumy staré DNA patogenů v pozůstatcích zvířat.“

Rekonstrukce starých genomů patogenů z pozůstatků zvířat – zooarchäologických nálezů – čelí dodatečným výzvám ve srovnání s etablovanější rekonstrukcí starých genomů patogenů z lidských pozůstatků. „V pravěku byla většina zvířat poražena ještě zdravá; poražená zvířata byla tepelně upravena při přípravě jídla a odpadní části zvířat byly více vystaveny prostředí – což celkově snižuje pravděpodobnost identifikace DNA patogenů,“ říká Felix M. Key, vedoucí výzkumné skupiny v Max-Planck-Institutu pro infekční biologii a hlavní autor studie. „Nicméně,“ dodává, „rekonstrukce starých patogenů z zooarchäologických nálezů nabízí jedinečný potenciál pro objasnění rezervoárů prahistorických zoonóz, jejich geografického rozšíření a genetických mechanismů usnadňujících přechod na člověka.“

Zde se mezinárodní interdisciplinární tým pokusil prozkoumat možnost identifikace staré DNA patogenů na základě zooarchäologických nálezů. Ve studii, která byla nyní zveřejněna v časopise Nature Communications, autoři analyzovali 346 vzorků převážně od domestikovaných zvířat z 34 archeologických nalezišť po celé Eurasii – mnoho z nich z doby bronzové – na přítomnost staré DNA patogenů.

Paleopatologie pro priorizaci sběru vzorků

Získávání staré DNA je nákladné a analýza je komplikována archeologickými vzorky bez DNA signatury patogenů – aspekt, který je pravděpodobně ještě výraznější u zvířecích vzorků. V této studii bylo vybráno kosterní materiál především od domestikovaných zvířat z nalezišť po celé Eurasii, včetně Polska, Německa, České republiky, Rumunska a Uzbekistánu, s cílem zjistit, zda je možné získat DNA zoonotických patogenů ze starých pozůstatků zvířat. Aby bylo screening cílenější, vybrali vzorky s příznaky onemocnění nebo traumatu, tzv. paleopatologickými lézemi. „Prostudovala jsem stovky vzorků, abych identifikovala potenciální ohniska infekce, která jsou patrná jako léze, a tím zvýšila šance na získání staré DNA zoonotických patogenů,“ zdůrazňuje Kamilla Pawłowska, expertka na paleopatologii na Univerzitě Adama Mickiewicze v Poznani a vedoucí autorka studie. Dodává: „Mezi nimi jsem objevila léze zánětlivého nebo traumatického původu, což bylo klíčové pro udržení možnosti molekulárního zkoumání.“ Celkem bylo vybráno 215 kosterních prvků k analýze, z nichž 188 mělo léze. Protože dutina zubního dřeňového kanálku je známým zdrojem staré DNA systémových patogenů, které často nezanechávají paleopatologické léze, bylo dále vybráno 131 zubů k vyšetření na starou DNA patogenů.

Identifikace a ověření DNA patogenů

Po archivaci byly všechny vybrané vzorky převezeny do molekulárně biologického pracoviště v Max-Planck-Institutu pro infekční biologii k molekulárně-biologickému zkoumání. „Extrakce staré DNA z kosterních prvků vyžaduje čisté prostředí a ochranné pomůcky – náročný preventivní krok, který je nezbytný k minimalizaci rizika kontaminace vzorků moderní DNA,“ vysvětluje odbornice na starou DNA, Anne Kathrine W. Runge. Po sekvenování DNA extrahované z každého vzorku byla genetická data analyzována pomocí dříve vyvinuté vysoce citlivé počítačové metody na DNA otisky starých patogenů. „S potěšením jsme objevili staré DNA signatury mnoha různých zoonotických patogenů, i když množství staré DNA bylo většinou nedostatečné k rekonstrukci genomu a podrobné srovnání s rozmanitostí těchto patogenů u moderního dobytka a lidí,“ říká Ian Light-Maka, spoluautor a bioinformatik. Přesto dva zoonotické patogeny, Streptococcus lutetiensis, který způsobuje mastitidu, a Erysipelothrix rhusiopathiae, který vede k kožním infekcím, vykazovaly dostatečné staré fragmenty DNA pro takovou analýzu. „Odvozené příbuzenské vztahy potvrzují historickou autenticitu a podporují možnost identifikace prahistorických genomů patogenů z pozůstatků zvířat,“ dodává Light-Maka.

Mezi vzorky, které byly pozitivní na patogenní DNA, většina vykazovala identifikované patologické léze. „To, že byly pozitivní především vzorky s lézemi naznačujícími infekční onemocnění, potvrzuje náš priorizační systém a pomáhá při budoucích studiích vybírat vhodné vzorky i přes finanční omezení. Je však důležité vyšetřit různé části skeletu, protože se biologicky liší, a mnoho patogenů, například při infekcích krevního oběhu, může být nejlépe identifikováno v jiných částech skeletu, například v zubech,“ zdůrazňuje Kamilla Pawłowska. Všichni autoři zdůrazňují, že tato studie ukazuje význam paleopatologických vyšetření zvířat a podporuje vícerozměrný přístup k rekonstrukci zdraví v minulosti.

Budoucí práce na starých genomových datech patogenů, které budou rekonstruovány z jak zvířecích, tak lidských pozůstatků, slibují lepší pochopení původu dnešních zoonotických nemocí. S ohledem na rozsáhlé sbírky zvířecích pozůstatků, které jsou stále neprozkoumané z hlediska patogenů, shrnuje Felix M. Key: „Protože se v genomice starých patogenů posunujeme směrem k ne-městským hostitelům, náš výzkum přispívá k lepšímu pochopení vzniku lidských infekčních nemocí a představuje důležitý příspěvek v tomto rozvíjejícím se oboru.“