5.500 Jahre altes Treponema-pallidum-Genom aus Kolumbien rekonstruiert

Ein Forschungsteam hat das Genom von Treponema pallidum rekonstruiert – jenem Bakterium, das Syphilis und verwandte Erkrankungen verursacht. Gewonnen wurde es aus etwa 5.500 Jahre alten menschlichen Überresten aus Kolumbien.

Damit reicht die gesicherte genetische Geschichte dieses Erregers mehr als 3.000 Jahre weiter zurück als bisher. Zugleich deutet der Fund darauf hin, dass alte treponemale Bakterien in Amerika vielfältiger gewesen sein könnten als die heute zirkulierenden Varianten.

Die Überreste stammen aus einem Felsschutzgebiet in der Sabana-de-Bogotá-Region nahe dem heutigen Bogotá. Die Studie erschien in Science.

Die zentrale Erkenntnis ist einfach: Diese Infektionen waren keine „jüngere“ Erscheinung. Sie existierten deutlich früher, als es der genetische Nachweis bislang belegen konnte.

„Unsere Ergebnisse zeigen das einzigartige Potenzial der Paläogenomik, unser Verständnis der Evolution von Arten und möglicher Gesundheitsrisiken für frühere und heutige Gemeinschaften zu erweitern“, sagte der Genetiker Lars Fehren-Schmitz von der University of California, Santa Cruz (UCSC).

Eine Gruppe fast identischer Erkrankungen

Heute wird T. pallidum mit drei eng verwandten Krankheitsformen in Verbindung gebracht: Syphilis, Frambösie und Bejel. Sie werden durch geringfügig unterschiedliche Unterarten ausgelöst. Hinzu kommt Pinta, die üblicherweise mit Treponema carateum verbunden wird – manchmal als Verwandter von T. pallidum eingeordnet – und vor allem die Haut betrifft.

Das Problem dabei: Genetisch ähneln sich diese Bakterien ausserordentlich stark. Selbst wenn sich die Symptome deutlich unterscheiden, können die Abweichungen in ihrer DNA minimal sein.

Auch Knochen liefern nicht immer klare Hinweise. Treponemale Erkrankungen können zwar Veränderungen am Skelett hinterlassen, doch geschieht das weder verlässlich noch in jedem Fall. Deshalb ist alte DNA so bedeutsam: Sie kann Verwandtschaftsbeziehungen aufzeigen, die sich an Knochen nicht erkennen lassen.

Die uralte Form eines Erregers

Beim Vergleich des alten Genoms mit modernen T. pallidum-Stämmen liess sich der Fund keiner der drei bekannten Gruppen eindeutig zuordnen. Es handelt sich klar um T. pallidum, doch offenbar um eine früh abzweigende Linie: Sie ist mit heutigen Stämmen verwandt, entspricht aber keinem der Typen, über die gewöhnlich gesprochen wird.

Das wirft eine interessante Möglichkeit auf: Könnte der Fund mit Pinta zusammenhängen, dem bislang nur unzureichend erforschten Mitglied der treponemalen Familie?

Studienmitautorin Anna-Sapfo Malaspinas leitet eine Forschungsgruppe am SIB Swiss Institute of Bioinformatics.

„Eine Möglichkeit besteht darin, dass wir eine alte Form des Erregers entdeckt haben, der Pinta verursacht. Über ihn wissen wir wenig, aber er ist bekanntermassen von Mittel- bis Südamerika endemisch und verursacht auf die Haut begrenzte Symptome“, sagte Malaspinas.

„Derzeit können wir nicht beweisen, dass dies zutrifft, aber es ist ein Hinweis, der weiter untersucht werden sollte.“

Eine endgültige Einordnung gibt es also noch nicht. Gerade dass der Fund nicht in die modernen Kategorien passt, macht ihn jedoch so spannend.

Eine lange Evolutionsgeschichte von Treponema pallidum

Mithilfe genetischer Verfahren schätzten die Forschenden, dass sich diese alte Linie vor rund 13.700 Jahren von anderen T. pallidum-Linien abspaltete.

Das bedeutet nicht, dass die Überreste ebenso alt sind: Die betreffende Person lebte vor etwa 5.500 Jahren. Es weist jedoch darauf hin, dass der evolutionäre Zweig dieses Stamms wesentlich älter ist.

Ausserdem gehen die Forschenden davon aus, dass sich die drei modernen Unterarten erst später, vor ungefähr 6.000 Jahren, auseinanderentwickelten. Zusammengenommen zeichnen diese Zahlen das Bild treponemaler Erreger, die sich über einen langen Zeitraum hinweg entwickelten und aufspalteten – wobei Amerika schon früh eine Rolle spielte.

Die seit Langem geführte Debatte darüber, wo genau die Krankheitssyndrome entstanden, beendet dies allerdings nicht.

Elizabeth Nelson, Molekularanthropologin und Paläopathologin an der UCSC, erklärte, dass die derzeitige genomische Evidenz die langjährige Diskussion über den Ursprung der Krankheitssyndrome nicht auflöse.

„Sie zeigt jedoch, dass es eine lange Evolutionsgeschichte treponemaler Erreger gibt, die sich in Amerika bereits Tausende Jahre früher als bislang bekannt diversifizierten“, sagte Nelson.

„Unsere Ergebnisse verlegen die Verbindung von T. pallidum mit Menschen um Tausende Jahre zurück, möglicherweise auf mehr als 10.000 Jahre vor heute im Spätpleistozän“, sagte Davide Bozzi, Forscher an der Universität Lausanne.

Ein unerwarteter Fund

Der Erreger tauchte beinahe zufällig auf. Ursprünglich hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die DNA der Person für Forschungen zu alten menschlichen Populationen sequenziert.

Dabei entstand ein enormer Datensatz mit rund 1,5 Milliarden DNA-Fragmenten – deutlich mehr, als die meisten Projekte mit alter DNA erzeugen.

Bei einer Routineprüfung entdeckten zwei Teams, eines an der UC Santa Cruz und eines an der Universität Lausanne, unabhängig voneinander Spuren von T. pallidum.

Weil die Sequenzierung so tiefgehend war, konnten sie das Genom des Erregers rekonstruieren, ohne die bei alten Mikroben häufig notwendigen speziellen Anreicherungsschritte durchführen zu müssen.

Noch überraschender war, dass das Skelett keine offensichtlichen Anzeichen einer treponemalen Erkrankung aufwies. Zudem stammte die untersuchte Probe aus einem Schienbein und nicht aus dem häufig bevorzugten Material, etwa Zähnen.

Für künftige Untersuchungen könnte das bedeutsam sein: Um wertvolle Erreger-DNA zu gewinnen, sind möglicherweise weder sichtbare Läsionen noch ideale Probentypen erforderlich – sofern die Datenqualität hoch genug ist.

Warum der Fund heute wichtig ist

Die Rekonstruktion alter Erregergenome ist nicht bloss eine akademische Randnotiz. Sie hilft Forschenden zu verstehen, wie sich Krankheiten entwickeln, wie sich Linien diversifizieren und welche Veränderungen künftig erneut auftreten könnten.

Je mehr über die tiefe Geschichte eines Erregers bekannt ist, desto besser lässt sich einschätzen, wozu er fähig ist.

Das Team legte vor der Veröffentlichung zudem Wert auf den Austausch mit Gemeinschaften in Kolumbien. Schliesslich handelt es sich nicht nur um „Daten“, sondern um einen Teil der lokalen Menschheitsgeschichte.

„Dieser Prozess war entscheidend, weil die Ergebnisse eng mit Kolumbiens medizinischer und kultureller Geschichte verbunden sind“, erklärte Delgado.

„Die Einbeziehung von Forschenden, Studierenden sowie indigenen und nicht-indigenen Gemeinschaftsmitgliedern stellt sicher, dass die Ergebnisse ethisch vermittelt und gemeinsam mit lokalen Gemeinschaften interpretiert werden.“

„Dieser Ansatz schafft Vertrauen, unterstützt den verantwortungsvollen Umgang mit sensiblen Entdeckungen und stärkt die lokale Wissenshoheit.“

Letztlich erweitert das 5.500 Jahre alte Genom nicht nur eine Zeitachse. Es deutet auch darauf hin, dass der treponemale „Stammbaum“ einst Zweige hatte, die bislang nicht einmal benannt wurden.

Die Forschung wurde in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.