Reservorio animale primaverile di zoonosi

La ricercatrice principale Anne Kathrine W. Runge estrae DNA nel cleanroom dell'Istituto Max Planck per la biologia delle infezioni, per evitare contaminazioni del DNA raro proveniente da resti animali archeologici. © Christian Denkhaus / Istituto Max Planck per la biologia delle infezioni

Resti di animali, esaminati presso l'Istituto Archeologico Tedesco per lesioni paleopatologiche. © Anne K. W. Runge / Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie

Lo studio esamina agenti patogeni zoonotici nella tarda età del bronzo eurasiatica, un'epoca di intense migrazioni e introduzione dell'allevamento, che favorì il trasferimento di patogeni animali all'uomo. Un team internazionale ha analizzato 346 campioni (preferibilmente di animali domestici) provenienti da 34 siti archeologici. Sono stati esaminati principalmente ossa con lesioni paleopatologiche e denti, per rilevare tracce di DNA di infezioni precoci. Con metodi sensibili, i ricercatori hanno identificato agenti come Streptococcus lutetiensis ed Erysipelothrix rhusiopathiae, confermando l'origine preistorica delle infezioni zoonotiche.

– Contesto: molte malattie umane sono di origine zoonotica. Durante la tarda età del bronzo eurasiatica (iniziata circa 5.000 anni fa), gli esseri umani subirono grandi migrazioni e l'introduzione dell'allevamento, che probabilmente favorì il trasferimento di agenti patogeni dagli animali all'uomo. Tuttavia, fino ad ora, sono stati studiati poco i primi DNA di agenti patogeni da resti animali, un processo tecnicamente complesso.
– Progetto di studio: un team internazionale e interdisciplinare ha identificato 346 campioni di animali principalmente domestici provenienti da 34 siti in Eurasia, molti risalenti al periodo del bronzo, per analizzarli alla ricerca di DNA di agenti patogeni antichi.
– Campionamento mirato: per aumentare il tasso di rilevamento, si sono concentrati principalmente su ossa con lesioni paleopatologiche che indicano infezioni precedenti (215 ossa, di cui 188 con lesioni), includendo anche 131 denti per rilevare DNA di infezioni sistemiche rimasto nel canale dentinale.
– Metodologia e risultati: l'estrazione di DNA antico in ambienti sterili e uno screening sensibile assistito da computer hanno rivelato diverse firme di agenti patogeni zoonotici. Due agenti (Streptococcus lutetiensis, Erysipelothrix rhusiopathiae) presentavano frammenti sufficienti per analisi comparative, confermando l'autenticità storica.
– Implicazioni: la priorizzazione basata sulle lesioni ha portato a un numero maggiore di risultati positivi e rappresenta una strategia efficiente in termini di costi, ma il campionamento di diversi elementi scheletrici rimane fondamentale. Lo studio fornisce una prova di concetto per l'uso del DNA antico zooarcheologico nel tracciare i serbatoi, la diffusione e i meccanismi di trasmissione delle zoonosi preistoriche.

Una via inesplorata – DNA di agenti patogeni antichi dall'archivio zooarcheologico

La maggior parte delle malattie infettive odierne ha origine zoonotica, cioè sono trasmesse dagli animali all'uomo. Diversi indizi suggeriscono che la tarda età del bronzo eurasiatica, iniziata circa 5.000 anni fa, sia stata un periodo cruciale in cui si sono verificati numerosi zoonosi ancora presenti oggi. Anne Kathrine W. Runge, autrice principale dello studio, spiega: «L'età del bronzo fu caratterizzata da grandi migrazioni di popolazioni e, cosa particolarmente importante, dall'introduzione diffusa dell'allevamento – uno stile di vita basato su animali domestici. Sebbene si ipotizzi che ciò abbia facilitato l'emergere di zoonosi, finora sono scarse le ricerche sul DNA di agenti patogeni antichi nei resti animali».

La ricostruzione di genomi di agenti patogeni antichi da resti animali – i ritrovamenti zooarcheologici – presenta sfide aggiuntive rispetto alla ricostruzione più consolidata di genomi di agenti patogeni antichi da resti umani. «In epoche passate, la maggior parte degli animali veniva macellata ancora in buona salute; gli animali macellati venivano cotti e i loro resti gettati, esposti maggiormente all'ambiente – riducendo complessivamente le possibilità di identificare DNA di agenti patogeni», spiega Felix M. Key, responsabile del gruppo di ricerca al Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie e autore principale dello studio. «Tuttavia», aggiunge, «la ricostruzione di agenti patogeni antichi da ritrovamenti zooarcheologici possiede un potenziale unico per chiarire i serbatoi delle zoonosi preistoriche, la loro diffusione geografica e i meccanismi genetici che favoriscono il passaggio all'uomo».

Un team internazionale di esperti ha quindi studiato la possibilità di identificare DNA di agenti patogeni antichi attraverso ritrovamenti zooarcheologici. In uno studio pubblicato sulla rivista Nature Communications, gli autori hanno analizzato 346 campioni di animali prevalentemente domestici provenienti da 34 siti archeologici in Eurasia – molti risalenti al periodo del bronzo – alla ricerca di DNA di agenti patogeni antichi.

Paleopatologie per la prioritizzazione del campionamento

La produzione di DNA antico è costosa e l'analisi è complicata da campioni archeologici privi di segnali di DNA di agenti patogeni – un aspetto che si fa sentire ancora di più nello studio di campioni animali. In questo studio, sono stati selezionati principalmente materiali scheletrici di animali domestici provenienti da siti in tutta Eurasia, tra cui Polonia, Germania, Repubblica Ceca, Romania e Uzbekistan, per verificare se fosse possibile estrarre DNA di agenti zoonotici da resti animali preistorici. Per rendere più mirato lo screening, sono stati scelti campioni con segni di malattie e traumi, chiamati lesioni paleopatologiche. «Ho esaminato centinaia di campioni per identificare possibili focolai di infezione riconoscibili come lesioni, aumentando così le possibilità di ottenere DNA antico di agenti zoonotici», sottolinea Kamilla Pawłowska, esperta di paleopatologia all'Università Adam Mickiewicz di Poznań e autrice principale dello studio. «Tra le altre cose, ho scoperto lesioni di origine infiammatoria e traumatica, essenziali per mantenere fattibile l'analisi molecolare». In totale, sono stati selezionati 215 elementi scheletrici per l'analisi, di cui 188 con lesioni. Poiché la camera del canale dentinale è una fonte nota di DNA antico di agenti sistemici, spesso senza lesioni paleopatologiche, sono stati scelti anche 131 denti per l'analisi di DNA di agenti patogeni antichi.

Identificazione e autenticazione del DNA di agenti patogeni

Dopo le operazioni di archiviazione, tutti i campioni sono stati inviati a un ambiente sterile presso il Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie per l'analisi molecolare. «L'estrazione di DNA antico da elementi scheletrici richiede ambienti sterili e protezioni personali – una precauzione costosa ma necessaria per minimizzare il rischio di contaminazione da DNA moderno», spiega l'esperta di DNA antico Anne Kathrine W. Runge. Dopo il sequenziamento del DNA estratto da ogni campione, i dati genetici sono stati analizzati tramite un metodo computerizzato altamente sensibile, sviluppato in precedenza, per individuare impronte di DNA di agenti patogeni antichi. «Siamo stati lieti di scoprire segnali di DNA antico di molti agenti zoonotici diversi, anche se la quantità di DNA antico di solito non era sufficiente per ricostruire un genoma completo e confrontarlo con la diversità di tali agenti in animali e umani moderni», afferma Ian Light-Maka, coautore e bioinformatico. Tuttavia, due agenti zoonotici, Streptococcus lutetiensis, che causa mastite, ed Erysipelothrix rhusiopathiae, responsabile di infezioni cutanee, presentavano frammenti di DNA antico sufficienti per un'analisi comparativa. «Le relazioni filogenetiche ottenute confermano l'autenticità storica e rafforzano la possibilità di identificare genomi di agenti patogeni preistorici da resti animali», aggiunge Light-Maka.

Tra i campioni risultati positivi, la maggior parte mostrava lesioni patologiche identificate. «Il fatto che siano stati trovati positivi soprattutto campioni con lesioni indicative di infezioni conferma il nostro schema di priorità e aiuta nelle future analisi a selezionare campioni appropriati, anche con risorse limitate. È comunque importante analizzare diversi elementi scheletrici, poiché la biologia degli agenti varia e molti, come quelli responsabili di infezioni del sangue, potrebbero essere meglio identificati in altri elementi scheletrici come i denti», sottolinea Kamilla Pawłowska. Tutti gli autori evidenziano come questo studio sottolinei l'importanza delle analisi paleopatologiche sugli animali e supporti un approccio multidisciplinare alla ricostruzione della salute nel passato.

Le future ricerche sui genomi di agenti patogeni antichi, ricostruiti da resti animali e umani, promettono di migliorare la comprensione delle origini delle zoonosi odierne. Considerando le vaste collezioni di resti animali ancora inesplorate per lo studio di agenti patogeni, Felix M. Key conclude: «Poiché la ricerca sui genomi di agenti patogeni antichi si sta spostando verso specie non umane, il nostro studio rappresenta un contributo importante a questo campo emergente, per comprendere meglio l'origine delle malattie infettive umane».