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挖掘疾病的古老起源如何有助于产生现代疗法

2023-10-17 19:50:22

几千年前感染人类的细菌和病毒的 DNA 仍然被困在他们的骨骼遗骸中。科学家们正在寻找我们可以从他们身上学到什么。



一组科学家从埋藏在医院和教堂下面的人牙齿中提取了古老的病毒 DNA 。DNA显示受害者感染了乙型肝炎病毒和人类B19细小病毒。


这一发现是古微生物学领域的最新发现之一,研究人员从数百年前的骨骼中提取了微生物 DNA 片段。然后 DNA 被重建,使科学家能够在人死后数百甚至数千年后诊断疾病或状况。这项技术正在改变我们看待和理解过去的方式。


以天花为例,这是一种毁灭性的疾病,仅在 20 世纪就夺去了约3 亿人的生命。引起天花的天花病毒的起源一直是个谜。


根据轶事记载,历史学家认为它可能早在公元前 10,000 年就已存在,但直到最近还没有科学证据,最古老的确诊病例是使用从立陶宛木乃伊中提取的 DNA 追溯到 17 世纪。


然而到了 2020 年,从公元 600 年维京人骨骼的牙齿中提取了天花病毒,这一日期被推迟了。在厄兰岛的多具人类遗骸中也发现了天花,这一发现比最早确诊的天花病例还要早 1000 年。


与此同时,古代 DNA 分析也揭示了鼠疫的起源。2015 年的一项研究对 101 具骨骼牙齿中的微生物 DNA 进行了分析,结果发现,在第一次有记录的鼠疫大流行之前,引起鼠疫的细菌鼠疫杆菌已经在人类中传播了至少 3000 年。研究人员  在七具骸骨的 DNA 中发现了鼠疫杆菌,其中最古老的一具已于 5,783 年前死亡。


尽管现代鼠疫通常通过携带受感染跳蚤的老鼠传播,但研究表明,直到公元前一世纪之交,鼠疫细菌才获得感染跳蚤所需的突变。在此之前,它可能通过人与人之间的接触传播,导致不太严重的肺鼠疫。一旦它获得感染跳蚤的能力,它就会迅速传播,导致黑死病(黑死病)的爆发,这种流行病在 14 世纪消灭了欧洲一半的人口。 


古代 DNA 正在改变我们看待另一种严重疾病的方式:梅毒。


从9名骨骼带有梅毒特征病变的个体中提取了DNA。研究人员检测到至少三种不同的梅毒螺旋体菌株,梅毒螺旋体是导致梅毒以及雅司病等其他疾病的病原体,目前仅在热带地区发现。对骨架和棺材的碳测年证实这些人死于 15 世纪早期至晚期之间。


我们知道病原体的传播与贸易路线有关。


我们看到,梅毒、鼠疫和麻风病——每当人类开始交换旅行和贸易时,他们也给病原体带来了传播的机会。


相反,这意味着微生物 DNA 只能告诉我们关于古代流行病历史的有限信息。DNA本身没有问题。尽管 DNA 确实会随着时间的推移而降解,但研究人员已经对一百万年前生活的猛犸象的基因组进行了测序。然而,在大约 12,000 年前,当人类采用农业和耕作之前,人们的接触可能不会频繁到导致大流行。


你需要一定数量的人口才能真正传播疾病,所以我们往往会看到这些疾病出现在第一批城市旁边。当人们开始定居下来时,流行病就来袭了。


牙菌斑是寻找古代微生物 DNA 的一个好地方。如果刷牙不当,这种粘性残留物就会积聚在牙齿上,并捕获细菌,最终导致蛀牙和牙龈疾病。最终,牙菌斑会经历矿化过程,从而变硬,将古代口腔细菌和病毒的 DNA“捕获”在里面。解码这个微生物基因组使科学家能够获得有关我们祖先健康的信息宝库。


利用人类牙菌斑来拼凑中世纪治疗麻风病的历史。


研究小组在一些人身上发现了生姜的痕迹,这表明他们曾尝试治疗这种情况。在一些患者体内还发现了汞,它可以用来遮盖皮肤瑕疵和作为止痛药膏。


牙齿 DNA 测序不仅仅可以告诉我们一个人死时患有什么传染病。未来,这项技术还可以揭示一个人的口腔微生物组——生活在口腔内和口腔周围的细菌、古细菌和真菌的巨大而多样的组合——是什么样的。


反过来,这些信息可以告诉我们古代非传染性疾病(NCD)的流行情况。非传染性疾病是非单一传染源所致的慢性疾病。它们包括心脏病、糖尿病、类风湿性关节炎和阿尔茨海默病等疾病。


几十年前的研究表明,口腔健康和口腔微生物组与这些疾病之间存在怎样的关系。


由于口腔微生物组与非传染性疾病之间的联系如此明确,我们也许能够利用古代微生物 DNA 来推断古代人类是否也经历过这些情况。


尽管它们通常被认为是由不健康的生活方式引起的现代疾病,但我们实际上不知道它们在人类祖先群体中的流行程度,因为绝大多数非传染性疾病在骨骼上没有留下明显的痕迹。然而,有迹象表明它们曾经存在过,尽管程度不如今天。


在古埃及文献中的一些最早的书面记录中,有一些看起来很像糖尿病的描述,例如对尿液的甜味的描述。


有一种假设认为,过去的人们寿命短暂、残酷,但他们中的很多人确实活到了老年,并且会经历这些非传染性疾病。


骨骼中存在各种病变,表明存在疾病。


人牙齿上的蛀牙或脓肿可能表明该人患有牙周病。您还可以通过观察人的骨骼来检测全身炎症的迹象。例如,关节炎会导致骨骼形态的视觉变形。


骨骼是在整个生命周期中都会发生变化的生物体,因此骨骼会具有不同的形状和纹理,具体取决于一个人是否正在积极承受压力。


完成后,该研究应该允许科学家观察骨骼的口腔微生物组,并利用该信息来计算他们也患有慢性疾病的可能性。这将使研究人员能够追踪关节炎和肥胖等疾病随时间的变化,包括农业革命、工业化和城市化对这些疾病的影响。





源:BBC


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