Obecnie malaria stanowi poważny problem zdrowia publicznego na dużej części świata, powodując śmierć ponad 600 000 osób rocznie i zakażanie kolejnych 250 milionów. Jest to choroba, która istnieje od milionów lat i jest niezaprzeczalnie spleciona z historią ludzkości.

„Malaria faktycznie ukształtowała ludzki genom” – stwierdziła Megan Michel, doktorantka. kandydat na wydział biologii ewolucyjnej człowieka w Kenneth C. Griffin Graduate School of Arts and Sciences. Podkreśliła, że ​​częstość występowania niektórych dziedzicznych chorób krwi, takich jak niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, wzrosła, ponieważ stanowią one miarę odporności na infekcję przenoszoną przez komary.

Teraz nowe badanie prowadzone pod kierunkiem Michela rekonstruuje starożytne genomy dwóch najbardziej śmiercionośnych pasożytów malarii, Plasmodium falciparum i Plasmodium vivax, mając na celu poznanie przeszłości patogenu. Badania, opublikowane w tym tygodniu w czasopiśmie Nature, śledzą przebieg choroby przez ponad 5500 lat, przy czym handel, działania wojenne, kolonializm i niewolnictwo uznano za główne czynniki jej globalnego rozprzestrzeniania się.

Odkrycia stanowią wyczyn współpracy i wymiany danych, w którym wzięło udział 94 współautorów reprezentujących 80 instytucji i 21 krajów. Samo DNA pobrano z sekwencji genetycznych zebranych od ponad 10 000 starożytnych ludzi, a Michel zidentyfikował 36 osób zakażonych malarią z 26 stanowisk archeologicznych na pięciu kontynentach.

„Koordynowanie tego wszystkiego przez absolwenta jest naprawdę imponujące” – stwierdziła współautorka Christina Warinner, profesor nadzwyczajny nauk społecznych Johna L. Loeba i jeden z trzech doradców Michela. „Rekonstruując starożytne genomy Plasmodium i porównując powiązania genetyczne między starożytnymi i współczesnymi pasożytami, w końcu jesteśmy w stanie umieścić malarię w kontekście jej ewolucji i historii ludzkości”.

Malaria charakteryzuje się cyklicznymi gorączkami, które powtarzają się co 48 lub 72 godziny. Do niedawna pisemne zapisy były jedynym sposobem, w jaki badacze mogli śledzić postęp choroby w czasie i przestrzeni. „W tekstach greckich i rzymskich istnieją opisy wskazujące na obecność malarii” – powiedział Michel. „Ale udało nam się sięgnąć jeszcze dalej i wykazać, że malaria występuje w Europie od bardzo, bardzo długiego czasu”.

Choroba była również powszechna w USA aż do pojawienia się nowoczesnych drenaży i środków owadobójczych w XX wieku. Warinner, archeolog biomolekularny, zwrócił uwagę na dużą liczbę prezydentów USA, w tym George Washington, Abraham Lincoln i Ulysses S. Grant, cierpiących na malarię. „Teddy Roosevelt i JFK zostali zarażeni podczas podróży” – powiedziała – „ale wcześniejsi prezydenci zarazili się tym w swoich rodzinnych miastach lub na obszarze Waszyngtonu”, który był notorycznie bagnisty.

W nowym artykule przedstawiono trzy przekonujące studia przypadków, z których każde ilustruje rolę mobilności w krążącej malarii. Pierwsza dotyczy belgijskiego cmentarza, prowadzonego w latach 2009–2011 i sąsiadującego z pierwszym stałym szpitalem wojskowym w nowożytnej Europie. Zapisy historyczne dokumentują, że armia habsburska Flandrii zwerbowała swoich żołnierzy z regionu Morza Śródziemnego na 80-letnią wojnę przeciwko Hiszpanii (1568-1648).

Malaria nie pozostawia widocznych śladów w ludzkich szczątkach szkieletowych, ale najnowsze postępy technologiczne umożliwiły naukowcom ekstrakcję DNA ze skrawków patogenu znajdujących się w zębach. Naukowcom udało się zsekwencjonować DNA malarii od 10 osób pochowanych na cmentarzu, analizując jednocześnie genomy zakażonych żołnierzy.

„Odkryliśmy, że osoby pochowane na cmentarzu mają zróżnicowane profile przodków” – wyjaśnił Michel, którego doktorat. badania wspierane są przez Max Planck – Harvard Research Center for the Archaeoscience of the Ancient Mediterranean. „Oni nie pochodzą tylko z Belgii. Wygląda na to, że pochodzą także z północnej Hiszpanii i Włoch”.

Dwoma najczęściej występującymi pasożytami malarii u ludzi są P. vivax i P. falciparum, przy czym ten ostatni występuje wyłącznie w ciepłym klimacie i powoduje cięższą postać choroby. Analizy DNA patogenu wykazały kilka przypadków P. vivax wśród miejscowej ludności belgijskiego stanowiska, pochowanej na cmentarzu przed budową szpitala w połowie XVI wieku.

Sześć przypadków, w tym kilka bardziej zjadliwych P. falciparum, wykryto u osób nielokalnych, a wszystkie zostały pochowane po budowie szpitala wojskowego. Malaria nie może być przenoszona przez kontakt z ludźmi, ale komary mogły przejąć tę infekcję i dalej się rozprzestrzeniać. „Możliwe jest nawet, że wywołały lokalną epidemię” – powiedział Michel.

Inne studium przypadku pochodzi z Peru, gdzie wykryto pojedynczy przypadek P. vivax u osoby mieszkającej na dużych wysokościach (ponad 3000 metrów) w Andach Środkowych. „Ta osoba była powiązana z kulturą Chachapoya” – powiedział Michel, „a miejsce, z którym współpracowaliśmy, obejmowało okres kontaktu z Europą”.

Przez lata naukowcy debatowali nad tym, w jaki sposób choroba dotarła do obu Ameryk, gdzie rdzennej ludności brakuje genetycznej odporności na malarię. Rekonstrukcja genomu peruwiańskiego pasożyta ujawniła uderzające podobieństwa do szczepów P. vivax występujących obecnie w całej Ameryce Południowej. Przypominał także odmiany krążące w Europie w XV i XVI wieku.

„Uważamy, że jest to dowód na to, że gatunek ten został przeniesiony do obu Ameryk przez europejskich kolonizatorów” – powiedział Michel.

Michel zauważyła, że ​​w obu Amerykach nie znaleziono żadnego starożytnego P. falciparum, a krążące tam dziś szczepy P. falciparum w niewielkim stopniu przypominają starożytne europejskie pasożyty P. falciparum odkryte przez Michel i jej współautorów. „Zamiast tego dzisiejsze odmiany amerykańskie wyglądają bardzo podobnie do odmian występujących w Afryce Subsaharyjskiej” – powiedział Michel. „Wydaje się prawdopodobne, że P. vivax został przeniesiony z Europy, podczas gdy P. falciparum został prawdopodobnie przeniesiony z Afryki Subsaharyjskiej w wyniku transatlantyckiego handlu niewolnikami”.

Największą niespodziankę Michel spotkało trzecie studium przypadku opublikowane w gazecie. Himalajskie stanowisko Chokhopani, położone na wysokości ponad 9100 stóp nad poziomem morza w regionie Mustang w Nepalu, było źródłem najwcześniejszego znanego przypadku P. falciparum.

„To ostatnie miejsce na Ziemi, w którym spodziewałbym się zakażenia malarią” – powiedział Michel. „Jest skalisto, sucho i zbyt zimno, aby komary przenoszące malarię mogły przetrwać”.

Zarażony osobnik żył 2800 lat temu. „Z danych archeologicznych wiemy, że w regionie prowadzono szeroko zakrojony handel na duże odległości” – wyjaśnił Michel, który współpracował ze współautorem Markiem Aldenderferem — archeologiem pracującym od wielu lat w regionie Mustang — w celu przeanalizowania znalezisk. „Uważamy, że była to prawdopodobnie osoba, która przeniosła się z niskich wysokości na duże, prawdopodobnie w celach handlowych. Musieli zarazić się tą infekcją na niższej wysokości, gdzie pasożyt może zostać przeniesiony”.

„Lokalizacja Chokhopani znajduje się w pobliżu przełęczy Kora La, najniższego przejścia granicznego w Himalajach i kluczowego szlaku handlowego łączącego Azję Południową z Wyżyną Tybetańską” – dodał Warinner, który wiosną ubiegłego roku podróżował z Michelem do regionu, aby podzielić się wynikami i pozyskać informacje informacje zwrotne od społeczności potomnych. „Na szczęście w ciągu ostatnich kilku lat Nepal odniósł naprawdę sukces w zwalczaniu malarii. Jednak jeszcze 10 lat temu malaria występowała endemicznie w niżej położonych regionach Nepalu”.

Odkrycia te są możliwe dzięki wyłaniającym się narzędziom metagenomiki, które polegają na odzyskiwaniu i udostępnianiu jak największej ilości danych genetycznych różnym specjalistom. „Kiedy analizujemy starożytną próbkę, ze swej natury niszczymy ją, aby odzyskać DNA” – wyjaśnił Warinner. „Chcemy uzyskać jak najwięcej informacji. Naprawdę odzyskujemy całe DNA.”

„Metagenomika i udostępnianie danych pozwalają nam znaleźć rzeczy, których tak naprawdę nie szukamy” – dodał Michel. „Dzięki temu możemy wykryć chorobę w nieoczekiwanych miejscach. Nigdy nie badałbym próbek pobranych z Chokhopani pod kątem malarii, gdyby nie zostały one już zsekwencjonowane przez dr Warinnera na potrzeby innego starożytnego badania DNA”.

Badania opisane w niniejszym raporcie otrzymały dofinansowanie ze środków Narodowej Fundacji Nauki