Древняя ДНК, извлеченная из зубов людей, живших давным-давно, дает новую информацию о патогенах прошлого и настоящего.
В одном из последних исследований ученые впервые обнаружили и секвенировали древние геномы герпеса из зубов давно умерших европейцев. Раньше считалось, что штамм вируса герпеса HSV-1, который сегодня вызывает язвы на губах у людей, появился в Африке более 50 000 лет назад. Однако новые данные, опубликованные в журнале Science Advances 27 июля , указывают на то, что его происхождение было гораздо более поздним: около 5 000 лет назад в бронзовом веке.
Полученные результаты указывают на то, что изменение культурных традиций в бронзовом веке - включая появление романтических поцелуев - могло повлиять на стремительный рост HSV-1.
По словам Кристианы Шейб, молекулярного биолога из Тартуского университета в Эстонии, это и другие исследования, связанные с извлечением ДНК из зубов, приводят к удивительным открытиям в нашей общей истории развития заболеваний. "Все патогены, которые мы имеем сегодня, когда-то были новыми инфекциями", - говорит она. "Важно изучать древнюю ДНК, чтобы мы могли понять этот прошлый опыт и уберечь будущие поколения от эпидемий".
Зубы являются сокровищницами древней ДНК благодаря их способности защищать биологические молекулы от разрушения. За последнее десятилетие ученые использовали все более мощные технологии секвенирования для реконструкции геномов давно умерших людей и животных - самым древним из них был мамонт, умерший 1,6 миллиона лет назад - по ДНК, найденной в его зубах.
В процессе работы они также отсортировали генетический материал бактерий и вирусов, сохранившихся в зубах. Моляры, резцы и другие подобные зубы имеют кровеносные сосуды в своих корнях, поэтому, когда человек или животное умирает, эти кости становятся хранилищами для любых патогенных микроорганизмов, перемещавшихся по кровотоку в момент смерти.
По словам Мартина Сикоры, исследователя древней геномики из Копенгагенского университета в Дании, осознание того, что зубы являются тайниками ДНК патогенов, открыло для изучения древних болезней "совершенно иные возможности, чем те, к которым мы могли получить доступ раньше". Эта генетическая информация дала исследователям молекулярные доказательства, позволяющие точно определить, когда и где находились патогены в определенное время.
В 2013 году ученые использовали ДНК, извлеченную из зубов, чтобы подтвердить, что Юстинианова чума, охватившая Средиземноморье и Северную Европу в шестом веке, была первой крупной вспышкой чумной бактерии Yersinia pestis. А в июне другая группа исследователей сообщила, что штамм Y. pestis, положивший начало Черной смерти, от которой в четырнадцатом веке в некоторых регионах Евразии погибло до 60% людей, вероятно, развился на территории современного Кыргызстана, на основании ДНК из зубов, найденных в этом регионе.
Изучение древней ДНК также может помочь исследователям узнать об истории менее смертоносных патогенов, таких как штамм орального герпеса, которым сегодня заражено около двух третей населения планеты в возрасте до 50 лет. В 2016 году Шейб и ее коллеги искали следы Y. pestis в 600-летнем зубе подростка, умершего в больнице Святого Иоанна в Кембриджшире, Великобритания, когда они наткнулись на генетические последовательности, которые, как им показалось, совпадали с сиквенсами HSV-1.
По ее словам, до этого момента "вообще не существовало опубликованной древней ДНК герпеса". Самый древний геном герпеса был выделен от человека, жившего в Нью-Йорке в 1925 году. Это открытие заставило Шейб и ее коллег искать признаки герпеса в других останках. Для этого команде необходимо было найти людей, умерших с активной инфекцией. HSV-1 большую часть времени проводит, прячась в нервной системе своего носителя. Но во время стресса вирус перемещается в кровь и вызывает "простудные" болячки.
После сортировки десятков останков исследователи в конце концов нашли и извлекли ДНК герпеса из зубов трех человек, умерших с активной инфекцией, включая молодую женщину, похороненную в шестом веке недалеко от современного Кембриджа, Великобритания. Оценив генетические мутации, которые развивались среди четырех древних геномов, и сравнив их с современными штаммами HSV-1, исследователи пришли к выводу, что все они имели общего предка, появившегося около 5 000 лет назад. До этого циркулировали различные версии герпеса, отмечает Шейб. Но HSV-1 эволюционировал, чтобы безжалостно победить их.
Что именно привело к тому, что новая разновидность герпеса оказалась более успешной, чем старые версии, пока неясно. Но, по словам Шейб, анализ, проведенный группой, позволяет предположить, что HSV-1 появился в период интенсивной миграции в Бронзовом веке, когда он мог попасть к людям, перебравшимся в Европу со степных лугов Евразии. Кроме того, он мог распространиться вместе с растущей практикой романтических поцелуев, которая появилась около 3500 лет назад на индийском континенте и, вероятно, позже была перенята в Европе во время военных кампаний Александра Македонского в четвертом веке. Герпес обычно передается от родителей к детям через тесный контакт. Романтические поцелуи могли обеспечить HSV-1 более быстрый путь инфицирования людей и помочь вирусу победить более ранние версии герпеса, говорят исследователи.
Для полного раскрытия истории герпеса и других патогенов потребуются более древние и более географически разнообразные образцы, но данное исследование является хорошим примером того, какую информацию можно получить с помощью древней ДНК, считает Даниэль Бланко-Мело, эволюционный вирусолог из Университета Вашингтона в Сиэтле. Теоретически, исследователи могли бы секвенировать ДНК патогенов, которые заражали еще более древних людей и животных, возможно, живших миллион лет назад, говорит он. Это могло бы позволить ученым больше узнать об организмах, которые заражали древних людей, таких как неандертальцы и денисовцы. Однако технологические ограничения означают, что в настоящее время исследователи могут секвенировать только генетический материал патогенов, содержащих двухцепочечную ДНК, исключая многие важные РНК-вирусы, такие как вирусы, вызывающие полиомиелит и корь.
Тем не менее, древняя ДНК открывает окно в нашу общую историю болезней, говорит Сикора. "Мы находимся в самом начале становления этой области", - добавляет он. "Я ожидаю, что в ближайшие пару лет мы получим очень интересные новые сведения".
