Frühzeitliche Tierreservoire von Zoonosen
Die Studie untersucht zoonotische Krankheitserreger in der eurasischen Bronzezeit, einer Epoche intensiver Migration und Einführung der Weidewirtschaft, die die Übertragung tierischer Pathogene auf den Menschen förderte. Ein internationales Team analysierte 346 Proben (vorzugsweise von domestizierten Tieren) aus 34 Fundstätten. Dabei wurden hauptsächlich Knochen mit paläopathologischen Läsionen und Zähne untersucht, um DNA-Spuren frühzeitiger Infektionen nachzuweisen. Mit sensiblen Methoden identifizierten die Forscher Erreger wie Streptococcus lutetiensis und Erysipelothrix rhusiopathiae, was den prähistorischen Ursprung zoonotischer Infektionen bestätigt.
• Hintergrund: Viele menschliche Krankheiten sind zoonotisch. Während der eurasischen Bronzezeit (die vor etwa 5 000 Jahren begann) erlebten die Menschen große Migrationsbewegungen und die Einführung der Weidewirtschaft, was wahrscheinlich die Übertragung von Krankheitserregern von Tieren auf Menschen begünstigte. Frühzeitliche Erreger-DNA aus Tierresten ist jedoch bislang kaum erforscht und technisch anspruchsvoll.
• Studiendesign: Ein internationales und interdisziplinäres Team identifizierte 346 Proben von vorwiegend domestizierten Tieren an 34 eurasischen Fundstätten, von denen viele aus der Bronzezeit stammen, um sie auf erhaltene alte Erreger-DNA zu untersuchen.
• Gezielte Probenahme: Um die Nachweisrate zu erhöhen, konzentrierten sie sich vorrangig auf Knochen mit paläopathologischen Läsionen, die auf frühere Infektionen hindeuten (215 Knochen, davon 188 mit Läsionen), und bezogen 131 Zähne mit ein, um DNA von systemischen Infektionen zu erfassen, die im Zahnmark erhalten geblieben war.
• Methodik und Ergebnisse: Die Extraktion alter DNA unter Reinraumbedingungen und ein sensibles computergestütztes Screening ergaben mehrere Signaturen zoonotischer Krankheitserreger. Zwei Krankheitserreger (Streptococcus lutetiensis, Erysipelothrix rhusiopathiae) wiesen genügend Fragmente für eine vergleichende Analyse auf, wodurch die historische Authentizität bestätigt wurde.
• Implikationen: Die auf Läsionen basierende Priorisierung führte zu einer höheren Anzahl positiver Ergebnisse und bietet eine kosteneffiziente Strategie, doch die Probenahme verschiedener Skelettelemente bleibt entscheidend. Die Studie liefert einen Proof-of-Concept für die Verwendung zooarchäologischer alter DNA zur Rückverfolgung von Reservoirs, Ausbreitung und Übertragungsmechanismen prähistorischer Zoonosen.
Ein unerforschter Weg – frühzeitliche Erreger-DNA aus dem zooarchäologischen Archiv
Die Mehrheit der heutigen Infektionskrankheiten beim Menschen hat einen zoonotischen Ursprung, was bedeutet, dass sie von Tieren auf Menschen übergesprungen sind. Verschiedene Indizien deuten darauf hin, dass die vor etwa 5 000 Jahren beginnende eurasische Bronzezeit eine entscheidende Periode war, in der viele Zoonosen auftraten, die bis heute bestehen. Anne Kathrine W. Runge, Hauptautorin der Studie, erklärt: „Die Bronzezeit war geprägt von großen Völkerwanderungen und, was besonders wichtig ist, von der weit verbreiteten Einführung der Weidewirtschaft – einer Lebensweise, die auf domestizierten Tieren basiert. Während die Hypothese besteht, dass dies den Weg für das Auftreten von Zoonosen geebnet haben könnte, fehlen bisher weitgehend Untersuchungen der alten Erreger-DNA in Tierresten.“
Die Rekonstruktion alter Erregergenome aus Tierresten – den zooarchäologischen Funden – steht vor zusätzlichen Herausforderungen im Vergleich zur etablierteren Rekonstruktion alter Erregergenome aus menschlichen Überresten. „In der Vorgeschichte wurde der Großteil der Tiere geschlachtet, während sie noch gesund waren; geschlachtete Tiere wurden bei der Zubereitung von Speisen erhitzt und weggeworfene Tierteile waren stärker der Umwelt ausgesetzt – was insgesamt die Wahrscheinlichkeit der Identifizierung von Erreger-DNA verringert“, sagt Felix M. Key, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie und leitender Autor der Studie. „Allerdings“, fügt er hinzu, „birgt die Rekonstruktion alter Krankheitserreger anhand zooarchäologischer Funde ein einzigartiges Potenzial für die Aufklärung der Reservoirs prähistorischer Zoonosen, ihrer geographischen Ausbreitung sowie der genetischen Mechanismen, die den Übergang auf den Menschen begünstigen.“
Hier hat sich ein internationales, interdisziplinäres Expertenteam daran gemacht, die Möglichkeit der Identifizierung alter Erreger-DNA anhand zooarchäologischer Funde zu untersuchen. In einer nun in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie untersuchten die Autor*innen 346 Proben von überwiegend domestizierten Tieren aus 34 archäologischen Fundstätten in ganz Eurasien – viele davon aus der Bronzezeit – auf erhaltene alte Erreger-DNA.
Paläopathologien zur Priorisierung der Probenentnahme
Die Gewinnung alter DNA ist kostspielig, und die Analyse wird durch archäologische Proben ohne DNA-Signatur von Krankheitserregern erschwert – ein Aspekt, der bei der Untersuchung von Tierproben wahrscheinlich noch stärker ins Gewicht fällt. In dieser Studie wurde Skelettmaterial vor allem von domestizierten Tieren aus Fundstätten in ganz Eurasien ausgewählt, darunter Polen, Deutschland, Tschechien, Rumänien und Usbekistan, um zu testen, ob DNA von zoonotischen Krankheitserregern aus prähistorischen Tierresten gewonnen werden kann. Um das Screening gezielter zu gestalten, wurden Proben ausgewählt, die Anzeichen für das Vorliegen von Krankheiten und Traumata aufwiesen, sogenannte paläopathologische Läsionen. „Ich habe Hunderte von Proben untersucht, um potenzielle Infektionsherde, die als Läsionen erkennbar sind, zu identifizieren und so die Chancen zu erhöhen, alte pathogene DNA von zoonotischen Krankheiten Krankheitserregern zu gewinnen“, betont Kamilla Pawłowska, Paläopathologie-Expertin an der Adam-Mickiewicz-Universität in Posen und leitende Autorin der Studie. Sie fügt hinzu: „Ich habe unter anderem Läsionen entzündlichen und traumatischen Ursprungs entdeckt, was entscheidend war, um die molekulare Untersuchung durchführbar zu halten.“ Insgesamt wurden 215 Skelettelemente für die Analyse ausgewählt, von denen 188 Knochen Läsionen aufwiesen. Da zudem die Zahnmarkkammer eine bekannte Quelle für alte DNA von systemischen Krankheitserregern ist, die oft keine paläopathologischen Läsionen hinterlassen, wurden zusätzlich 131 Zähne für die Untersuchung auf alte Krankheitserreger-DNA ausgewählt.
Identifizierung und Authentifizierung von Erreger-DNA
Im Anschluss an die Archivierungsarbeiten wurden alle ausgewählten Proben zur molekularbiologischen Untersuchung in eine Reinraumanlage am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie gebracht. „Die Extraktion alter DNA aus Skelettelementen erfordert einen Reinraum und persönliche Schutzausrüstung – eine aufwendige Vorsichtsmaßnahme, die notwendig ist, um das Risiko einer Kontamination der Proben mit moderner DNA zu minimieren“, erklärt die Expertin für alte DNA, Anne Kathrine W. Runge. Nach der Sequenzierung der aus jeder Probe extrahierten DNA wurden die genetischen Daten mithilfe einer zuvor entwickelten, hochsensiblen computergestützten Methode auf DNA-Fingerabdrücke alter Krankheitserreger untersucht. „Wir waren erfreut, alte DNA-Signaturen für viele verschiedene zoonotische Krankheitserreger zu entdecken, obwohl die Menge an alter DNA meist nicht ausreichte, um ein Genom zu rekonstruieren und eingehende Vergleiche mit der Vielfalt derselben Krankheitserreger bei modernem Vieh und Menschen anzustellen“, sagt Ian Light-Maka, Mitautor und Bioinformatiker. Dennoch wiesen zwei zoonotische Erreger, Streptococcus lutetiensis, der Mastitis verursacht, und Erysipelothrix rhusiopathiae, der zu Hautinfektionen führt, ausreichende alte DNA-Fragmente für eine solche Analyse auf. „Die abgeleiteten Verwandtschaftsbeziehungen bestätigen die historische Authentizität und untermauern die Möglichkeit, prähistorische Pathogen-Genome aus Tierresten zu identifizieren“, fügt Light-Maka hinzu.
Unter den Proben, die positiv auf pathogene DNA getestet wurden, wiesen die meisten identifizierte pathologische Läsionen auf. „Dass vor allem Proben positiv getestet wurden, die Läsionen aufwiesen, die auf Infektionskrankheiten hindeuten, bestätigt unser Priorisierungsschema und hilft bei zukünftigen Untersuchungen, trotz finanzieller Einschränkungen geeignete Proben auszuwählen. Es bleibt jedoch wichtig, verschiedene Skelettteile zu untersuchen, da sich die Biologie der Erreger unterscheidet und viele Erreger, beispielsweise bei Blutbahninfektionen, möglicherweise am besten in anderen Elementen des Skelettsystems wie den Zähnen identifiziert werden können “, betont Kamilla Pawłowska. Alle Autoren heben hervor, dass diese Studie die Bedeutung paläopathologischer Untersuchungen an Tieren verdeutlicht und einen vielschichtigen Ansatz zur Rekonstruktion der Gesundheit in der Vergangenheit untermauert.
Zukünftige Arbeiten an alten Pathogengenomen, die aus tierischen, aber auch menschlichen Überresten rekonstruiert werden, versprechen ein besseres Verständnis des Ursprungs heutiger zoonotischer Krankheiten. Angesichts großer Sammlungen tierischer Überreste, die für Untersuchungen von Krankheitserregern noch unerschlossen sind, fasst Felix M. Key zusammen: „Da sich das Pendel in der Genomik alter Krankheitserreger in Richtung nicht-menschlicher Wirtsarten bewegt, liefert unsere Studie einen wichtigen Beitrag in diesem aufstrebenden Forschungsfeld, um die Entstehung menschlicher Infektionskrankheiten besser zu verstehen.“
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Anne K. Runge, ak@palaeome.org
Ian Light-Maka, light@mpiib-berlin.mpg.de
Kamilla Pawłowska, koka@amu.edu.pl
Felix Key, key@mpiib-berlin.mpg.de
Weitere Informationen zu unseren Forschungsgruppen finden Sie unter:
- Website des Labors von Felix Key: https://www.mpiib-berlin.mpg.de/2003543/key-lab
- Website von Kamilla Pawłowska: https://depar.amu.edu.pl/en/kamillapawlowska/
Originalpublikation:
Probing the zooarchaeological record across time and space for ancient pathogen DNA
Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-026-71543-4
Ähnliche Pressemitteilungen im idw
