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Wie kommen Seuchen zum Erliegen?

Forschende der Kieler Universität sehen in der genetischen Mutation des Pesterregers eine mögliche Ursache

Die Pest ist eine der größten Geißeln der Menschheit, die im 14. Jahrhundert rund ein Viertel der europäischen Bevölkerung dahingerafft hat. Was hat diese Pestwelle gestoppt? Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Ben Krause-Kyora vom Institut für Klinische Molekularbiologie (IKMB) der Universität Kiel (CAU) hat nun einen Mechanismus aufgedeckt, der unter anderem zum Ende der zweiten Pandemie beigetragen haben könnte.

Die Pest wird durch eine Infektion mit dem durch Rattenflöhe übertragenen Bakterium Yersinia pestis (Y. pestis) verursacht. In der neueren Geschichte sind drei große Pest-Pandemien dokumentiert, die mit verheerenden Todeszahlen und großem menschlichen Leid einhergingen. Die zweite Pandemie begann mit dem Schwarzen Tod (1347-1353), der in nur wenigen Jahren einen großen Teil der europäischen Bevölkerung tötete. Die Pandemie dauerte weitere vier Jahrhunderte an und traf den Kontinent wiederholt mit lokalen oder regionalen Ausbrüchen. Angesichts dieser langjährigen Präsenz der Pest in Europa erscheint das Nachlassen und endgültige Verschwinden der Krankheit am Ende des 18. Jahrhunderts umso rätselhafter.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland und Lettland haben nun in einer Studie die DNA von menschlichen Überresten von zwei Friedhöfen in Riga, Lettland, untersucht, die im 17. Jahrhundert als Begräbnisstätte für Pestopfer dienten. Sie extrahierten die DNA aus den Zähnen von 16 Skeletten und analysierten diese. Dabei konnten sie in den Überresten von vier Individuen Spuren des Erregers Y. pestis nachweisen. Bei zwei von ihnen war die DNA so gut erhalten, dass ganze Genome des Erregers analysiert werden konnten. Es stellte sich heraus, dass sich die Genome aus Riga in einem wesentlichen Aspekt von Genomen aus der Zeit des Schwarzen Todes unterschieden: Sie wiesen eine geringere Anzahl eines bestimmten Gens, des Pla-Gens, auf. Pla ist ein sogenannter Virulenzfaktor, der entscheidend für die Übertragung des Bakteriums ist.

Julian Susat, Doktorand am IKMB und Erstautor der in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlichten Studie, analysierte erneut bereits zuvor untersuchte DNA-Sequenzen anderer Stämme, die nach dem Schwarzen Tod aufgetreten waren und fand dasselbe Muster – sie alle hatten eine geringere Kopienzahl des Pla-Gens und waren damit für den Menschen weniger ansteckend. Das wirft die Frage auf, warum die Bakterien im Verlauf der zweiten Pandemie die Anzahl ihrer Pla-Gene reduziert haben. Susat mutmaßt: „Eine Möglichkeit ist, dass sich die Bakterien nach dem Schwarzen Tod an eine neue Umgebung anpassen mussten. Das reduzierte Pla-Gen könnte ihnen einen Vorteil bei der Infektion von Nagetieren, ihrem natürlichen Wirt, verschafft haben.“ Für Studienleiter Krause-Kyora liefern die Ergebnisse eine mögliche Erklärung für den Verlauf der Pandemie: „Die Ausbreitung der Pla-reduzierten und damit für den Menschen weniger virulenten Stämme könnte zumindest teilweise den Rückgang und letztendlich das Verschwinden der Pest aus Europa erklären." Die Studie verdeutlicht, wie die Anwendung moderner Technologien zur Sequenzierung von Genomen dazu beitragen kann, adaptive Prozesse von Krankheitserregern während einer Pandemie zu rekonstruieren und so den Verlauf einer Seuche zu erklären.

Das Projekt wurde vom Exzellenzcluster ROOTS und vom Sonderforschungsbereich 1266 der CAU finanziell unterstützt. Beide Projekte widmen sich der Erforschung von Mensch-Umweltbeziehungen in vergangenen Zeiten.

Titel der Originalstudie:

Susat, J., Bonczarowska, J.H., Pētersone-Gordina, E. et al. Yersinia pestis strains from Latvia show depletion of the pla virulence gene at the end of the second plague pandemic. Sci Rep 10, 14628 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-71530-9

Zwei menschliche Skelette
© Guntis Gerhards

Skelette von Pestopfern aus dem 17. Jahrhundert vom Friedhof St. Gertruden in Riga, Lettland. Von dem mit der Nummer 701 gekennzeichneten Individuum konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen ein gesamtes Pestgenom rekonstruieren.

Grabung mit mehreren menschlichen Skeletten.
© Guntis Gerhards

Vom Individuum Nummer 488 konnten die Forscher und Forscherinnen ebenfalls ein komplettes Pestgenom rekonstruieren.

Labor
© Ben Krause-Kyora

Auf der Suche nach Pathogenen: Um die Kontamination mit moderner DNA zu vermeiden, werden die Proben im Reinstraum untersucht.

Kontakt:

Prof. Dr. Ben Krause-Kyora
Institut für Klinische Molekularbiologie
0431/ 500-15142
b.krause-kyora@ikmb.uni-kiel.de

 

Angelika Hoffmann
Referentin Forschungsschwerpunkt SECC/JMA