Hinweise zur Evolution von Yersinia pestis gefunden

Ein Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat anhand von DNA eines 5000 Jahre alten Pestfalls neue Hinweise zur Evolution des Erregers gefunden.
Die Pest, die im späten Mittelalter eine Pandemie auslöste und als „schwarzer Tod“ geschätzte 25 Millionen Todesopfer weltweit forderte, wird von dem Bakterium Yersinia pestis (Y. pestis) ausgelöst, das vor allem in Nagetieren vorkommt und durch Flöhe auf den Menschen und auch von Mensch zu Mensch übertragen werden kann.

Mittlerweile weiß man, dass der Erreger auch schon deutlich früher immer wieder Menschen infizierte, doch wie er genau entstanden ist, und wann er für die Menschen gefährlich wurde, ist Gegenstand wissenschaftlicher Forschung. Ein Team der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Baltische und Skandinavische Archäologie (ZBSA), Schloss Gottorf, und dem Institut für Lettische Geschichte der Lettischen Universität Riga (LVI) nun in den Überresten eines Mannes, der vor 5000 Jahren im jetzigen Lettland gelebt hatte, das Genom des Pesterregers nachgewiesen. Die Analysen geben Aufschluss über die sehr frühen Phasen der Evolution von Yersinia pestis. So zeigen die Ergebnisse, dass, anders als bisher angenommen, die Bakterien bereits zu Beginn der Jungsteinzeit Menschen infiziert haben, aber vermutlich nur ein begrenztes Infektionspotenzial hatten, sie sich hier also noch nicht im Rahmen einer Epidemie verbreiten konnten. Die Ergebnisse hat das Team heute im Fachjournal Cell Reports veröffentlicht.

Die Forschenden hatten die Überreste von vier Individuen genetisch untersucht, die alle an der gleichen Stelle auf dem Riņņukalns am Burtnieksee, Lettland, vor rund 5000 Jahren bestattet worden waren. „Bisher war wenig bekannt über die Jäger, Fischer und Sammler, die zu dieser Zeit in Nordosteuropa lebten, und über ihre Belastung durch Infektionskrankheiten“, erklärt der federführende Autor Professor Ben Krause-Kyora, Biochemiker und Archäologe am Institut für Klinische Molekularbiologie (IKMB) der CAU, Mitglied in den Exzellenzclustern „Precision Medicine in Chronic Inflammation“ (PMI) und „ROOTS – Social, Environmental, and Cultural Connectivity in Past Societies“ sowie im Sonderforschungsbereich (SFB) 1266 „TransformationsDimensionen“. Mit der in Kiel etablierten speziellen Analysemethode untersuchte das Team die alte DNA aus den Überresten, wie beispielsweise Zähne und Knochen, nach bakteriellen und viralen Krankheitserregern. Dabei identifizierten sie in einem männlichen Individuum Teile des Genoms von Yersinia pestis, dem Pesterreger.

Da nach so vielen Jahren die DNA in den Knochen nur noch in Bruchstücken vorhanden ist, mussten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Genom des Bakteriums aus den einzelnen Fragmenten wieder zusammensetzen. Das rekonstruierte Genom haben sie mit genetischen Informationen jüngerer Pest-Stämme verglichen, um zu erfahren, woher der lettische Stamm kommt und wie und wann er entstanden sein muss. So datierten sie den Ursprung dieses Erregerstamms auf den Anfang der Jungsteinzeit vor circa 7000 Jahren. Damit ist der untersuchte Stamm der bisher früheste in der Evolution des Pesterregers. „Unsere Schätzung liegt damit rund 1000 Jahre früher als bisher vermutet“, sagt Mitinitiator Dr. Harald Lübke, Wissenschaftler am Zentrum für Baltische und Skandinavische Archäologie, Schloss Gottorf, und Mitglied im SFB 1266.

Ausgangslage für die Arbeit war die bisherige wissenschaftliche Annahme, dass es bereits in der Jungsteinzeit Pest-Epidemien gab. „Wir waren auf der Suche nach Faktoren, die Krankheitserreger generell dazu befähigen, Epidemien auszulösen. Das wollten wir am Pesterreger genauer untersuchen“, erklärt Krause-Kyora. „Doch anders als erwartet unterstützen unsere Daten die bisherige Hypothese einer Lungenpestpandemie in dieser Zeit nicht. Stattdessen weisen unsere Analysen darauf hin, dass diese sehr frühe Form des Pesterregers wahrscheinlich weniger übertragbar und möglicherweise sogar weniger virulent war als spätere Stämme“, so Krause-Kyora weiter. Die geografische und zeitliche Verteilung der wenigen, bisher berichteten prähistorischen Pestfälle deutet stattdessen eher auf einzelne sogenannte Zoonosen hin, also Infektionen, bei denen der Erreger direkt vom Tier auf den Menschen übergegangen ist. Das Potential eine Epidemie oder gar weltweite Pandemie auszulösen, hat der Erreger demnach erst später entwickelt. „Aus archäologischer Sicht ist dieser Befund wichtig, da er nahelegt, dass Infektionen mit dem Pestbakterium nicht zu großflächigen transformativen gesellschaftlichen oder politischen Veränderungen in der Jungsteinzeit geführt haben,“ sagt Professor Johannes Müller, Sprecher des SFB 1266, des Exzellenzclusters ROOTS und Leiter des Institutes für Ur- und Frühgeschichte der CAU. 

„Die Ergebnisse tragen auch zu einem besseren Verständnis darüber bei, wie Zoonosen entstanden sind und entstehen und wie sich daraus wiederum Epidemien und Pandemien entwickeln können“, sagt Professor Stefan Schreiber, Sprecher des Exzellenzclusters PMI, Direktor des IKMBs und Direktor der Klinik für Innere Medizin I am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Kiel.

Die Erforschung alter menschlicher DNA und alter Krankheitserreger im Allgemeinen kann darüber hinaus auch zu einem besseren Verständnis moderner Erkrankungen, wie chronischer Entzündungserkrankungen beitragen. Während die Infektionen das Immunsystem von Menschen in früheren Jahrtausenden aufgrund der Lebensbedingungen wie Hygiene und Ernährung stark forderten, führt heutzutage häufiger ein fehlgeleitetes Immunsystem zu chronischen Entzündungen. Evolutionär könnte das zusammenhängen. „Wir können moderne Erkrankungen des Immunsystems und ihre Ursprünge besser verstehen, wenn wir mehr über die Krankheitserreger wissen, die früher das menschliche Immunsystem besonders gefordert haben. Daher ist ihre Erforschung auch schon lange ein wichtiges Element im Exzellenzcluster PMI“, sagt Schreiber.

Das Projekt wurde unterstützt durch den Exzellenzcluster „Precision Medicine in Chronic Inflammation“ (PMI), den Exzellenzcluster ROOTS sowie den Sonderforschungsbereich 1266 „TransformationsDimensionen“; die archäologischen Forschungen zum Fundplatz Riņņukalns sind Bestandteil des Forschungsprojektes „Riņņukalns, a Neolithic freshwater shell midden site in northern Latvia and its significance for cultural development of the Eastern Baltic Stone Age“ des ZBSA in Kooperation mit dem LVI; alle gefördert von der DFG.

Nach Pressemeldung des Exzellenzclusters PMI der CAU Kiel

Originalpublikation
Susat et al.: A 5,000-year-old hunter-gatherer already plagued by Yersinia pestis.Cell Reports (2021). https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)00645-8  DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109278

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