Wissenschaftler untersuchen Zähne und Rennmäuse, um die Pest besser zu verstehen

Forscher der Universität Oslo in Norwegen untersuchen Reste von bakterieller DNA aus dem Schwarzen Tod in den Zähnen ihrer Opfer als Teil eines Bemühens, die Evolution und die Ökologie der Seuche zu verstehen. Andere Mitglieder des Teams untersuchen die Immunität von Nagetieren und die Auswirkungen des Klimas.
Forscher suchen nach einer genetischen Erklärung, warum das Immunsystem der Wüstenrennmaus so widerstandsfähig gegen Bakterien ist.

Obwohl die Pest häufig mit dem Mittelalter in Verbindung gebracht wird, gibt es jedes Jahr weltweit 2.000 Krankheitsfälle. Obwohl die meisten von ihnen in Madagaskar und im Kongo vorkommen, wird die Pest auch in den Wüsten Nordamerikas und einem großen Gürtel Zentralasiens gemeldet.

Bisher gab es in den letzten 2000 Jahren drei große Pestausbrüche. Die erste fand am Ende der Eisenzeit statt und dauerte 200 Jahre. Diesem Ausbruch folgte der Black Death, eine Pandemie, die etwa 400 Jahre andauerte. Das dritte begann jedoch in China am Ende des 19. Jahrhunderts und gilt als fortdauernd.

Ein Mann starb letztes Jahr in Yumen, Nordchina, an der Pest, was dazu führte, dass 30.000 Einwohner der Stadt isoliert lebten. Ein weiterer Ausbruch ereignete sich im November in Madagaskar.

"Die Übergänge zwischen den drei Pestausbrüchen sind nicht ganz klar", sagt Prof. Kjetill S. Jakobsen. "Es gab auch eine Überschneidung zwischen dem zweiten und dem dritten Ausbruch. Die Seuche kann jahrzehntelang völlig verschwinden und dann wieder zurückkehren."

Die Arbeit von Forschern des Zentrums für ökologische und evolutionäre Synthese (CEES) an der Universität Oslo in Norwegen könnte helfen, die nächste große Pestepidemie vorherzusagen.

Zähne und Rennmäuse

Moderne molekulare Forschungsmethoden haben es Wissenschaftlern ermöglicht, ihr Wissen über die drei Pestpandemien zu erweitern. Durch die Analyse der DNA von Pestbakterien aus den ersten beiden Pandemien zeichnen Forscher ihre evolutionäre Entwicklung.

Gegenwärtig sucht Barbara Bramati von CEES nach Antworten vor rund 2.700 Pestopfern aus Europa und Asien. Pestbakterien gelangen oft in die Blutbahnen von Opfern und können daher in ihrer Zahnpulpa gefunden werden.

"Die DNA-Reste sind oft fragmentiert und zerstört", stellt sie fest. "Dies macht die Rekonstruktion des genetischen Materials zu einer mühsamen Aufgabe."

Erleichtert wird die Eröffnung eines neuen DNA-Labors an der Universität - eine Einrichtung, die die größte ihrer Art in Europa sein wird.

Forscher des CEES untersuchen nicht nur das Genom der Pest, sondern untersuchen auch Faktoren, die eine Verbreitung der Krankheit ermöglichen.

Einige Nagetiere haben eine bemerkenswerte Toleranz gegenüber Pestbakterien gezeigt, und Ratten wurden in der Vergangenheit als die Verbreitung der Krankheit identifiziert. Obwohl es keinen Beweis dafür gibt, dass sie die Krankheit übertragen haben, scheinen Gerbils noch erfolgreicher darin zu sein, sie zu tolerieren.

"Manchmal tötet ein einzelnes Bakterium eine Maus", sagt Pernille Nilsson. "Gewöhnliche Ratten können eine Injektion von 10.000 Bakterien vertragen. Rennmäuse können 100 Milliarden Bakterien tolerieren. Das sind 10 Millionen mal so viele Bakterien."

Forscher in China identifizierten dieses hohe Toleranzniveau, indem sie Nagetiere mit Pestbakterien infizierten, bis die Hälfte ihrer Zahl starb.

Laufende Forschung führt zu einem besseren Verständnis von Pandemien

Nilsson untersucht nun das Gerbil-Genom, um eine Erklärung für das hohe Ausmaß der Ansteckungstoleranz zu finden. Um dies zu tun, muss das Team die DNA der überlebenden Gerbils mit dem vollständig sequenzierten Gerbil-Genom vergleichen.

"Wir müssen die Regionen im Genom finden, in denen es natürliche Unterschiede zwischen Individuen und Regionen des Genoms gibt, die spezifische Unterschiede zwischen den überlebenden und den absterbenden Wüstenspringmäusen zeigen. Wir haben diese Regionen noch nicht im Genom identifiziert", sagte sie erklärt.

Die Sequenzierung des Genoms ist ein zeitaufwendiger Prozess. Das Erbsengenom besteht aus 2,4 Milliarden Basenpaaren und bei der Sequenzierung können nur 100 Basenpaare gleichzeitig gelesen werden. Paare müssen mehrfach verarbeitet werden, um kleine Nukleotide im Genom genau zu lokalisieren.

Darüber hinaus erfordert der Vergleich eines Rennmausgenoms mit dem vollständig sequenzierten Rennmausgenom eine Woche Zugang zu einem Supercomputer.

Gegenwärtig gehen die Forscher davon aus, dass der Schutz vor der Krankheit von einem erblichen angeborenen Immunsystem herrührt.

Parallel dazu analysiert Boris Schmid Zusammenhänge zwischen Klimavariationen, Pestausbrüchen und der gleichzeitigen Nagetierpopulation. "Diese Daten werden uns eine Vorstellung davon geben, wie Pest und Klima miteinander verbunden sind, und es ist wichtig, dass wir den nächsten Pestausbruch vorhersagen können", sagt Schmid.

"Es ist verlockend zu spekulieren, ob die Ökologie der Orte, an denen die Pandemien begonnen haben, eine Rolle in ihrem Ausmaß an Zerstörung spielte. Wir können die schweren Pandemien in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft verstehen, indem wir den Zusammenhang zwischen Klimabedingungen und Pestdynamik betrachten ", schließt Prof. Nils Christian Stenseth, Vorsitzender von CEES.

Vor kurzem, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine mikrobiologische Studie des New Yorker U-Bahn-Systems, die Spuren von Anthrax und Beulenpest vorfand. Diese DNA-Spuren wurden in sehr geringen Mengen identifiziert, ohne dass die Mikroben am Leben waren.

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