Korai időszaki állatrezervoárjai a zoonózisoknak

A vezető kutató Anne Kathrine W. Runge DNS-t nyer ki a Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie tisztatérében, hogy elkerülje a ritka DNS-sel való szennyeződést az archeológiai állati maradványokból. © Christian Denkhaus / Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie

Állati maradványok, amelyeket a Német Régészeti Intézetben paleopatológiai sérüléseken vizsgálnak. © Anne K. W. Runge / Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie

A tanulmány zoonotikus kórokozókat vizsgál az eurázsiai bronzkorban, egy intenzív migrációs és legeltető gazdálkodást bevezető korszakban, amely elősegítette az állati patogének átadását az emberre. Egy nemzetközi csapat 346 mintát elemzett (elsősorban háziasított állatokból) 34 lelőhelyről. Elsősorban csontokat, paleopatológiai elváltozásokat és fogakat vizsgáltak, hogy DNS nyomokat találjanak korai fertőzésekről. Érzékeny módszerekkel azonosították olyan kórokozókat, mint a Streptococcus lutetiensis és az Erysipelothrix rhusiopathiae, ami megerősíti a zoonotikus fertőzések őskori eredetét.

– Háttér: Sok emberi betegség zoonotikus eredetű. Az eurázsiai bronzkorban (amely körülbelül 5000 évvel ezelőtt kezdődött) nagy migrációk és a legeltető gazdálkodás bevezetése zajlott, ami valószínűleg elősegítette a betegséget okozó kórokozók átadását az állatokról az emberre. Korai fertőző DNS-ek állati maradványokból azonban eddig kevéssé kutatottak, és technikailag kihívást jelentenek.
– Kutatási terv: Egy nemzetközi és interdiszciplináris csapat 346 mintát vizsgált, főként háziasított állatokból, 34 eurázsiai lelőhelyről, sokuk a bronzkorból származik, hogy megvizsgálják ősi kórokozó DNS-eket.
– Célzott mintavétel: A hatékonyság növelése érdekében elsősorban olyan csontokat vizsgáltak, amelyek paleopatológiai elváltozásokat mutattak, jelezve korábbi fertőzéseket (215 csont, ebből 188 elváltozással), valamint 131 fogat, hogy szisztémás fertőzések DNS-ét gyűjtsék be, amelyek a fogbélben maradtak meg.
– Módszertan és eredmények: Az ősi DNS kivonása tiszta szobai körülmények között, érzékeny számítógépes szűrés eredményeként több zoonotikus kórokozó jelet azonosítottak. Két kórokozó (Streptococcus lutetiensis, Erysipelothrix rhusiopathiae) elegendő fragmenst mutatott összehasonlító elemzéshez, ez megerősítette a történelmi hitelességet.
– Következtetések: A léziókra alapozott priorizálás magasabb pozitív eredményeket hozott, és költséghatékony stratégiát kínál, ugyanakkor a különböző csontok mintavétele továbbra is kulcsfontosságú. A tanulmány bizonyítékot szolgáltat arra, hogy az ősi zooarchaeológiai DNS használható a praevolúciós zoonózisok tartós tartályainak, terjedésének és átviteli mechanizmusainak nyomon követésére.

Egy feltáratlan út – korai kórokozó DNS az zooarchaeológiai archívumból

A mai emberi fertőző betegségek többsége zoonotikus eredetű, azaz állati eredetű, és átugrott az emberre. Számos bizonyíték utal arra, hogy az 5000 évvel ezelőtti eurázsiai bronzkor egy döntő időszak volt, amikor sok zoonózis jelent meg, amelyek máig fennmaradtak. Anne Kathrine W. Runge, a tanulmány fő szerzője így nyilatkozott: „A bronzkor nagy népmozgásokkal jellemezhető, és ami különösen fontos, a legelőkultúra széleskörű bevezetésével – egy olyan életmóddal, amely háziasított állatokon alapult. Bár feltevés, hogy ez megnyithatta az utat a zoonózisok megjelenése előtt, eddig hiányoztak az ősi kórokozó DNS-ek vizsgálatai az állati maradványokban.”

Az ősi kórokozógének genomjainak rekonstruálása állati maradványokból – a zooarchaeológiai leletekből – további kihívásokkal néz szembe a már bevált módszerekkel, amelyek az emberi maradványokból származó ősi kórokozó genomok rekonstrukciójára irányulnak. „Az őskorban a legtöbb állatot még egészségesen vágták le; a levágott állatokat főzték, és a kidobott részeket erősen érintette a környezet – ez összességében csökkenti a kórokozó DNS azonosításának esélyeit” – mondta Felix M. Key, a Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie kutatócsoportvezetője és a tanulmány vezető szerzője. „Azonban” – tette hozzá – „az ősi kórokozók rekonstruálása zooarchaeológiai leletekből egyedülálló lehetőséget rejt a praevolúciós tartályok, terjedési útvonalak és genetikai mechanizmusok megértésében, amelyek az emberi átmenetet segítették.”

Itt egy nemzetközi, interdiszciplináris szakértői csapat kezdett el vizsgálódni az ősi kórokozó DNS azonosításának lehetőségéről zooarchaeológiai leletek alapján. Egy, a Nature Communications folyóiratban most megjelent tanulmányban a szerzők 346 mintát vizsgáltak, főként háziasított állatokból, 34 archeológiai lelőhelyről Eurázsiában – sokuk a bronzkorból –, az ősi kórokozó DNS-ek megőrzött nyomait keresve.

Paleopatológia a mintavétel priorizálásához

Az ősi DNS kinyerése költséges, és az elemzést megnehezíti az archeológiai minták hiánya kórokozó DNS-sel – ez a tényező valószínűleg még hangsúlyosabb az állati minták vizsgálatánál. Ebben a tanulmányban főként háziasított állatok csontjait választották ki Eurázsia-szerte, többek között Lengyelországból, Németországból, Csehországból, Romániából és Üzbegisztánból, hogy teszteljék, lehet-e kórokozó DNS-t nyerni praevolúciós állati maradványokból. A szűrést célzottabbá tették azzal, hogy olyan mintákat választottak, amelyek mutattak betegségek vagy trauma jeleit, ún. paleopatológiai léziókat. „Százasával vizsgáltam mintákat, hogy potenciális fertőzési gócokat, léziókként felismerhető elváltozásokat azonosítsak, és növeljem az esélyt az ősi zoonotikus kórokozók DNS-ének kinyerésére” – hangsúlyozta Kamilla Pawłowska, a Poznani Adam Mickiewicz Egyetem paleopatológus szakértője és a tanulmány vezető szerzője. Hozzáfűzte: „Különösen gyulladásos és traumás eredetű léziókat fedeztem fel, amelyek kulcsfontosságúak voltak a molekuláris vizsgálat lehetővé tételéhez.” Összesen 215 csontmaradványt választottak elemzésre, ebből 188 csont léziót mutatott. Mivel a fogbélkamra ismert forrása az ősi szisztémás kórokozók DNS-ének, amelyek gyakran nem hagynak hátra léziókat, további 131 fogat is kiválasztottak az ősi kórokozó DNS vizsgálatára.

Kórokozó DNS azonosítása és hitelesítése

A minták archiválása után minden mintát molekuláris biológiai vizsgálatra tiszta szobai környezetbe szállítottak a Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie-ben. „Az ősi DNS kivonása csontmaradványokból speciális tiszta szobát és személyi védőfelszerelést igényel – ez az óvintézkedés szükséges a modern DNS-sel való szennyeződés minimalizálásához” – magyarázta az ősi DNS szakértője, Anne Kathrine W. Runge. A DNS szekvenálása után az összegyűjtött genetikai adatokat egy korábban kifejlesztett, rendkívül érzékeny számítógépes módszerrel vizsgálták az ősi kórokozók DNS-nyomaira. „Örömmel tapasztaltuk, hogy számos zoonotikus kórokozó DNS-nyomait találtuk, bár az ősi DNS mennyisége általában nem volt elegendő genom rekonstruálására, és nem tudtunk részletes összehasonlításokat végezni a modern állat- és emberi kórokozókkal” – mondta Ian Light-Maka, a tanulmány társszerzője és bioinformatikus. Ennek ellenére két zoonotikus kórokozó, a mastitist okozó Streptococcus lutetiensis és a bőrfertőzéseket okozó Erysipelothrix rhusiopathiae, elegendő ősi DNS fragmenst mutatott egy ilyen elemzéshez. „Az eredmények alapján a rokonsági kapcsolatok megerősítik a történelmi hitelességet, és alátámasztják, hogy praevolúciós patogén genomokat lehet azonosítani állati maradványokból” – tette hozzá Light-Maka.

Azok a minták, amelyek pozitív eredményt mutattak patogén DNS-re, legtöbbször patológiai léziókat is mutattak. „Az, hogy főként azok a minták voltak pozitívak, amelyek fertőzést jelező léziókat mutattak, megerősíti a priorizálási rendszerünket, és segít a jövőbeni vizsgálatokban, hogy anyagi korlátok mellett is megfelelő mintákat válasszunk ki. Fontos azonban, hogy különböző csonttípusokat vizsgáljunk, mivel a kórokozók biológiája eltér, és sok kórokozó, például véráramfertőzések esetén, leginkább más csontokat, például fogakat azonosíthatnak” – hangsúlyozta Kamilla Pawłowska. A szerzők hangsúlyozzák, hogy ez a tanulmány rávilágít arra, mennyire fontos a paleopatológiai vizsgálat az állatok esetében, és alátámasztja a többdimenziós megközelítést a múlt egészségének rekonstrukciójához.

A jövőben az állati és emberi maradványokból rekonstruált ősi kórokozógének genomjai jobb megértést ígérnek a mai zoonózisok eredetéről. Felix M. Key összegzi: „Mivel az ősi kórokozók genomjainak kutatása egyre inkább a nem emberi gazdák felé fordul, tanulmányunk fontos hozzájárulást nyújt ezen a feltörekvő kutatási területen, hogy jobban megértsük az emberi fertőző betegségek kialakulását.”