ДНК бактерий и вирусов, которые инфицировали людей тысячи лет назад, все еще хранятся в их останках. Ученые выясняют, как они могут помочь современной науке.
В 16 веке на территории современной Мексики произошло внезапное и резкое сокращение населения. Болезнь распространилась после того, как эту территорию завоевали европейцы и в результате погибли миллионы коренных жителей. До недавнего времени считали, что европейцы привезли болезнь с собой из Европы, но конкретный ее возбудитель был неизвестен.
Теперь команда ученых изъяла ДНК древнего вируса из зубов жертв вспышки, захороненных под больницей и часовней колониальной эпохи в Нью-Мексико. Эта ДНК показала, что они были инфицированы вирусом гепатита B и парвовирусом B19.
Также исследователи обнаружили, что вирусы имеют не европейское происхождение, как считали ранее, а, вероятно, из Африки.
“Вирусы, похоже, имеют африканское происхождение, и три человека, которых мы проанализировали, также генетически были африканцами”, – говорит Мария К. Авила Аркос, доцент Международной лаборатории исследования генома человека в Национальном автономном университете Мексики.
В то время европейские торговцы и колонисты насильственно поработили африканцев и перевозили их за тысячи километров в Америку. Жестокие условия на кораблях способствовали быстрому распространению инфекций.
“Эти люди были похищены, а затем помещены на переполненные корабли в антисанитарных, совершенно бесчеловечных условиях”, – говорит Авила Аркос.
“Когда вирус прибыл на американский континент, коренные жители, никогда ранее не испытывавшие его влияния, были чрезвычайно уязвимы к нему. Он уничтожил значительную часть коренного населения”, – объясняет она.
Переписка истории
Это открытие стало одним из последних в области палеомикробиологии, в которой исследователи изымают фрагменты микробной ДНК из скелетов, которым сотни лет.
Затем ДНК реконструируют, что позволяет ученым диагностировать болезнь даже спустя полтысячи лет после смерти человека. Таким образом, эта технология изменяет то, как мы видим и понимаем наше прошлое.
Возьмем оспу – болезнь, убившая около 300 миллионов человек только в 20 веке. Происхождение вируса, вызывающего заболевание, всегда было неясным.
Историки считали, что он мог существовать примерно с 10 000 лет до нашей эры, но до недавнего времени не было никаких научных доказательств этого, а самый древний подтвержденный случай болезни был датирован 17 веком с помощью ДНК, изъятой из литовской мумии.
Однако в 2020 году Барбара Мюлеманн, докторантка Кембриджского университета, вместе с коллегами изъяли вирус ветряной оспы из скелетов викингов, датированных 600 годом нашей эры. Скелеты обнаружили в 11 местах захоронений в Дании, Норвегии, России и Британии.
Остпу также нашли в многочисленных человеческих останках из Эланда, острова у восточного побережья Швеции, имеющего долгую историю торговли. Эта находка предшествует первым подтвержденным случаям оспы на 1000 лет. Исследование дает четкие доказательства того, что викинги, много путешествовавшие по Европе и за ее пределами, перевозили с собой также и оспу.
Анализ древней ДНК также пролил свет по происхождению чумы. Исследование 2015 года, в ходе которого анализировали микробную ДНК из зубов 101 скелета, показало, что вызывающая чуму бактерия Y. pestis распространялась среди людей по меньшей мере за 3000 лет до первой задокументированной пандемии чумы. Исследователи обнаружили бактерии Y. pestis в ДНК семи скелетов, самый старый из которых умер 5783 года назад.
Хотя современная чума обычно распространяется через крыс, переносящих инфицированных блох, исследование показало, что бактерия чумы не имела мутаций, необходимых для заражения блох, к началу I тысячелетия до нашей эры.
До этого она, вероятно, распространялась через контакт между людьми, что вызывало менее серьезную легочную чуму. После того, как бактерия получила способность заражать блох, она быстро распространилась, что привело к вспышкам бубонной чумы, так называемой черной смерти – пандемии, уничтожившей половину населения Европы в 14 веке.
Древняя ДНК также изменяет наш взгляд на другую серьезную болезнь – сифилис.
Ранее считали, что первая вспышка сифилиса в Европе произошла в 1495 году в Италии, сразу после возвращения Христофора Колумба из своего первого путешествия в Америку.
Болезнь, передающаяся половым путем, была распространена среди пехоты короля Франции Карла VIII, планировавшего в то время завоевать Неаполитанское королевство. Затем она быстро распространилась по Европе.
Европейские колонизаторы привезли с собой в Новый Свет болезни, с которыми местное население никогда раньше не сталкивалось.
Поскольку вспышка произошла сразу после возвращения Колумба и его экипажа из их первого трансатлантического путешествия большинство историков считали, что сифилис распространился в Европу из Нового мира. Но теперь популярность приобретает другая теория.
В 2020 году Верена Шунеманн, профессор археологии из Базельского и Цюрихского университетов, возглавила группу, которая изъяла ДНК у девяти человек, кости которых имели характерные поражения сифилисом.
Их останки были обнаружены на кладбищах в Финляндии, Эстонии и Нидерландах. Исследователи обнаружили по крайней мере три отдельных штамма Treponema pallidum, возбудителя, вызывающего сифилис, а также другие заболевания, такие как фрамбезия, которые сейчас встречаются только в тропиках.
Углеродное исследование скелетов и гробов подтвердило, что люди умерли в 15 веке, что свидетельствует о том, что сифилис уже циркулировал в Европе до того, как Колумб вернулся из своего первого плавания.
Расчеты, основанные на скорости мутации бактерии сифилиса, также свидетельствуют о том, что заболевание возникло еще до прибытия Колумба.
“Мы знаем, что распространение болезнетворных микроорганизмов связано с торговыми путями”, – говорит Шунеманн.
“Мы видим, что в случае с сифилисом, чумой и проказой – всякий раз, когда люди начинали путешествовать и торговать, они также создавали возможности для путешествий патогенов”, – добавляет она.
В то же время, ученые считают, что около 12 000 лет назад, когда люди начали заниматься земледелием, они не контактировали между собой настолько интенсивно, чтобы вызвать пандемию какой-то болезни.
“Для того чтобы передавать болезни, нужно определенное количество людей, поэтому мы видим, что эти болезни появляются вместе с первыми городами. Когда люди начали оседать – именно тогда началась пандемия”, – говорит Шунеманн.
Подсказки дают зубы
Прекрасным местом для поиска древней микробной ДНК является зубной налет. Остатки, которые накапливаются на зубах, если их не чистить должным образом, задерживают бактерии, что в конце концов приводит к кариесу и заболеваниям десен.
Впоследствии зубной налет проходит процесс минерализации, после чего он твердеет и “консервирует” в себе ДНК бактерий и вирусов, обитавших во рту древних людей. Расшифровка этого микробного генома дает ученым доступ к сокровищнице информации о здоровье наших предков.
Например, в рамках международного проекта Medical ученые с помощью зубного налета людей воспроизводят историю лечения проказы в Европе в средние века. Под руководством Эмануэлы Кристиани из Римского университета Сапиенца команда исследователей проанализировала зубной камень из останков людей из средневековых кладбищ Святого Леонарда в Питерборо в Англии и Сен-Томас д’Эзье во Франции.
У некоторых людей ученые обнаружили следы имбиря, свидетельствующие о том, что они пытались лечить заболевание. Например, Константин Африканский, известный врач 11-го века нашей эры, писал о приготовлении средств, содержащих имбирь и другие травы, чтобы облегчить боль в желудке, вызванную проказой.
У некоторых пациентов также нашли ртуть, которую могли использовать для маскировки недостатков кожи и как обезболивающую мазь.
Это свидетельствует о том, что больных не стигматизировали, а наоборот, заботились о них.
Диагностика заболеваний сердца и Альцгеймера
Секвенирование ДНК зубов может не только рассказать нам о том, какие инфекционные заболевания были у человека, когда он скончался. В будущем эта технология также сможет воспроизвести микробиом полости рта человека – огромную разнообразную совокупность бактерий, архей и грибков.
Эта информация, в свою очередь, может поведать о распространенности неинфекционных болезней (НИЗ) в древности. НИЗ – это хронические заболевания, не являющиеся результатом действия отдельного инфекционного возбудителя. Среди них – сердечно-сосудистые заболевания, диабет, ревматоидный артрит и болезнь Альцгеймера.
“Есть исследования, проведенные десятилетия назад, показывающие, как здоровье полости рта и его микробиом связано с этими заболеваниями”, – говорит Эбигейл Ганч, биологическая антропологиня из Университета штата Пенсильвания.
В недавней статье Ганч утверждает, что поскольку связи между микробиомом полости рта и НИЗ настолько хорошо известны, мы, возможно, сможем использовать древнюю микробную ДНК, чтобы узнать, страдали ли древние человеческие популяции этими заболеваниями.
Хотя их часто считают современными заболеваниями, вызванными нездоровым образом жизни, на самом деле у нас нет представления о том, в какой степени они были распространены в популяциях наших предков, потому что подавляющее большинство НИЗ не оставляет заметных следов на скелете. Однако есть признаки того, что они присутствовали, хотя и не в такой степени, как сегодня.
“У некоторых из древнейших письменных памятников древнеегипетской литературы есть описания симптомов, очень похожих на диабет – например, описание сладкого запаха мочи”, – говорит Ганч.
Скелеты жертв таких заболеваний, как бубенная чума, могут содержать вирусную ДНК даже спустя сотни лет.
“Существует предположение, что люди в прошлом имели короткую жизнь в тяжелых условиях, но многие из них доживали до старшего возраста эти неинфекционные заболевания”, – считает ученая.
Ганч возглавляет проект Ancient Systemic Disease целью которого является выявление связи между древними человеческими микробиомами и наличием НИЗ. Они проанализировали скелеты 192 британцев, датируемых периодом средневековья и индустриальными сутками.
В рамках проекта микробную ДНК, найденную в зубном налете, тщательно расшифровывают, чтобы выяснить, какие бактерии и вирусы были у человека, когда он скончался. Затем эти данные сравнивают и соотносят с известными маркерами заболевания, присутствующими в скелете человека.
“На скелетах есть разные повреждения, указывающие на заболевание”, – говорит Ганч.
Например, полости или абсцессы в зубах человека могут свидетельствовать о том, что он страдал пародонтозом. Также по костям можно выявить признаки системного воспаления. К примеру, артрит может привести к визуальной деформации морфологии костей.
Кости меняются на протяжении жизни, поэтому они будут иметь разные формы и текстуры в зависимости от того, переживал ли человек активный стресс, говорит Ганч.
Это исследование должно позволить ученым отслеживать, как такие заболевания, как артрит и ожирение, изменялись со временем, включая влияние аграрной революции, индустриализации и урбанизации.
Есть веские основания полагать, что такие глобальные изменения оказали огромное влияние на здоровье людей. Например, исследование 2013 года, проведенное Лаурой Вейрих, доцентом антропологии в Университете штата Пенсильвания, показало, что микробиом полости рта наших предков изменился – в худшую сторону – после того, как они от охоты и собирательства перешли в фермерство.
Но подобные исследования имеют не только исторический интерес – их можно использовать для улучшения здоровья современных людей. Одной из целей исследования Вейрих является разработка трансплантации микробиома – замена нездорового микробиому полости рта здоровым.
“Представьте себе день, когда вам не придется чистить зубы, поскольку в вашем рту живут микробы, которые не вызывают заболеваний – мы сможем прийти к этому, когда исследоваем, какие микробы были у людей для широкого распространения этих современных заболеваний полости рта”, – говорит Вейрих.
“Я всегда говорю людям, что хотела бы иметь зубы, как у неандертальца, потому что у неандертальцев в большинстве своем была удивительно здоровая ротовая полость, – говорит ученая. – Если бы мы могли взять их микробиом за основу для разработки современной оральной микробной трансплантации, мы могли бы попробовать исправить в нынешней ситуации, когда 90% американцев в течение жизни имеют кариес”.
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.