Genomik alter Pathogene

Die Genomik alter Pathogene rekonstruiert die Genome von Mikroben aus Skeletten und anderen Überresten und enthüllt so die Identität, das Alter und die Evolution vergangener Epidemien wie Pest, Tuberkulose und Lepra.

Definition

Die Gewinnung und Analyse von Pathogen-Genomen aus archäologischen Überresten, die zur Identifizierung vergangener Infektionen, zur Datierung ihres Auftretens und zur Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte und Ausbreitung von Infektionskrankheiten verwendet wird.

Scope

Dieses Thema umfasst den Nachweis und die Rekonstruktion von Pathogen-Genomen aus archäologischen menschlichen Überresten: die Anreicherung und Sequenzierung mikrobieller DNA, die Bestätigung von Diagnosen, die aufgrund von Knochenläsionen vermutet wurden, die Datierung des Auftretens von Krankheiten und die Rekonstruktion der Phylogenie und Ausbreitung von Pathogenen wie Yersinia pestis. Es verbindet Paläopathologie, Archäogenetik und die Geschichte der Infektionskrankheiten.

Core questions

• Wie werden Pathogen-Genome aus alten Überresten nachgewiesen und rekonstruiert?
• Wie bestätigt oder revidiert genomische Evidenz paläopathologische Diagnosen?
• Wann traten wichtige menschliche Pathogene auf und wie verbreiteten sie sich?
• Was verrät die Evolution alter Pathogene über Virulenz und Wirtsadaptation?

Key theories

Genomische Bestätigung historischer Epidemien

Die Rekonstruktion von Pathogen-Genomen von Opfern – wie Yersinia pestis aus Gräbern der Schwarzen Tod-Epidemie – liefert eine direkte molekulare Bestätigung des Erregers vergangener Epidemien und verankert deren Phylogenie.

Tiefenzeitliche Phylogenetik von Krankheiten

Verwendung datierter alter Genome als Kalibrierungspunkte, um zu rekonstruieren, wann Pathogene entstanden, sich diversifizierten und ausbreiteten, wodurch molekulare Uhren und die Evolutionsgeschichte von Infektionskrankheiten verfeinert werden.

History

Der frühe molekulare Nachweis von Pathogenen wie Tuberkulose erfolgte mittels gezielter PCR, doch das Feld wurde um 2011 durch genomweite Arbeiten transformiert, beginnend mit der Rekonstruktion eines Pesterregers der Schwarzer Tod-Epidemie. Nachfolgende Studien rekonstruierten alte Genome von Pest, Lepra, Tuberkulose und anderen Pathogenen, wie von Spyrou und Kollegen zusammenfassend dargestellt.

Debates

Zuverlässigkeit und Interpretation alter Pathogen-Identifikationen

Wie man sich vor falsch-positiven Pathogen-Nachweisen durch Umweltmikroben schützt und wie man das Fehlen erwarteter Pathogen-DNA interpretiert, angesichts ungleichmäßiger Erhaltung und der Grenzen des metagenomischen Screenings.

Key figures

• Kirsten I. Bos
• Maria A. Spyrou
• Johannes Krause
• Christina Warinner

Seminal works

• bosetal2011
• spyrouetal2019
• orlandoetal2021

Frequently asked questions

Wie kann ein Mikroorganismus von vor Jahrhunderten sequenziert werden?

Pathogen-DNA kann in den Zähnen und Knochen infizierter Individuen überleben, und durch Anreicherung und Sequenzierung dieses Materials können Forscher mikrobielle Genome rekonstruieren, wie es für das Pestbakterium des Schwarzen Todes geschehen ist.

Was trägt die DNA alter Pathogene zur Paläopathologie bei?

Sie kann bestätigen, welcher Mikroorganismus Läsionen an Knochen verursacht hat, Infektionen nachweisen, die keine skelettalen Spuren hinterlassen, und aufzeigen, wie sich Krankheiten im Laufe der Zeit entwickelt und verbreitet haben.