5,500 Jahre altes Treponema pallidum-Genom aus Kolumbien rekonstruiert

Ein Forschungsteam hat das Genom von Treponema pallidum – dem Bakterium, das Syphilis und verwandte Erkrankungen auslöst – aus menschlichen Überresten in Kolumbien rekonstruiert, die etwa 5,500 Jahre alt sind.

Damit reicht die genetisch belegte Geschichte dieses Erregers über 3.000 Jahre weiter zurück als bislang bestätigt. Zugleich deutet der Fund darauf hin, dass treponemale Bakterien in den Amerikas in der Vergangenheit vielfältiger gewesen sein könnten als die heute zirkulierenden Varianten.

Die Überreste stammen aus einem Felsunterstand in der Region Sabana de Bogotá nahe dem heutigen Bogotá; veröffentlicht wurde die Studie in Science.

Die zentrale Botschaft ist dabei klar: Diese Infektionen sind keine „späte“ Erscheinung. Sie existierten deutlich früher, als es der genetische Nachweis bisher zeigen konnte.

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

Ein Bündel fast identischer Krankheiten

Heute wird T. pallidum mit drei eng verwandten Krankheitsformen in Verbindung gebracht – Syphilis, Frambösie (yaws) und Bejel –, die durch leicht unterschiedliche Unterarten verursacht werden. Daneben gibt es Pinta, die üblicherweise mit Treponema carateum verknüpft ist (manchmal auch als Verwandter von T. pallidum eingeordnet) und vor allem die Haut betrifft.

Das Grundproblem: Genetisch sind diese Bakterien nahezu verblüffend ähnlich. Selbst wenn die Symptome deutlich auseinandergehen, können die Unterschiede in der DNA minimal ausfallen.

Auch Skelettfunde liefern nicht immer eindeutige Hinweise. Treponemale Erkrankungen können zwar Spuren an Knochen hinterlassen, aber eben nicht verlässlich und nicht in jedem Fall. Genau hier wird alte DNA entscheidend: Sie kann Verwandtschaftsbeziehungen sichtbar machen, die sich aus Knochenmerkmalen nicht ablesen lassen.

Die uralte Form eines Erregers

Als das Team das alte Genom mit heutigen T. pallidum-Stämmen verglich, ließ es sich keinem der drei etablierten Cluster sauber zuordnen. Es handelt sich eindeutig um T. pallidum, wirkt jedoch wie eine früh abzweigende Linie – verwandt mit modernen Stämmen, aber nicht deckungsgleich mit den Varianten, die üblicherweise beschrieben werden.

Das führt zu einer spannenden Frage: Könnte diese Linie mit Pinta zusammenhängen, dem vergleichsweise schlecht kartierten Mitglied der treponemalen „Familie“?

Die Co-Autorin Anna-Sapfo Malaspinas leitet eine Forschungsgruppe am SIB Swiss Institute of Bioinformatics.

„Eine Möglichkeit ist, dass wir eine uralte Form des Erregers entdeckt haben, der Pinta verursacht – über die wir wenig wissen, die aber als endemisch von Mittel- bis Südamerika gilt und Symptome hervorruft, die auf die Haut begrenzt sind“, sagte Malaspinas.

„Zum jetzigen Zeitpunkt können wir nicht beweisen, dass dies der Fall ist, aber es ist eine Spur, die es wert ist, weiterverfolgt zu werden.“

Eine endgültige Einordnung gibt es also noch nicht – doch gerade dass das Genom nicht in die heutigen Kategorien passt, macht den Befund so bemerkenswert.

Eine lange evolutionäre Vorgeschichte

Mithilfe genetischer Verfahren schätzen die Forschenden, dass sich diese alte Linie vor rund 13,700 Jahren von anderen T. pallidum-Linien abgespalten hat.

Das bedeutet nicht, dass die untersuchten Überreste so alt sind – die betreffende Person lebte vor etwa 5,500 Jahren –, sondern dass der evolutionäre Ast dieses Stammes wesentlich weiter zurückreicht.

Zudem gehen die Forschenden davon aus, dass die drei modernen Unterarten erst später auseinanderliefen, nämlich vor rund 6,000 Jahren. Zusammengenommen zeichnen diese Zahlen das Bild eines treponemalen Erregerkomplexes, der sich über einen langen Zeitraum entwickelte und verzweigte – mit einer frühen Rolle der Amerikas.

Trotzdem beendet der Fund nicht automatisch die seit Langem geführten Debatten darüber, wo genau die Krankheitssyndrome ihren Ursprung haben.

Elizabeth Nelson, Molekularanthropologin und Paläopathologin an der UCSC, wies darauf hin, dass die derzeitige genomische Evidenz die alte Streitfrage nach dem Ursprungsort der Syndrome selbst nicht auflöst.

„Aber es zeigt, dass es diese lange evolutionäre Geschichte treponemaler Erreger gibt, die sich in den Amerikas bereits Tausende Jahre früher diversifizierte als bisher bekannt“, sagte Nelson.

„Unsere Ergebnisse verschieben die zeitliche Zuordnung von T. pallidum zum Menschen um Tausende Jahre nach hinten, möglicherweise auf mehr als 10.000 Jahre zurück im späten Pleistozän“, sagte Davide Bozzi, ein Forscher an der Universität Lausanne.

Ein überraschender Fund

Der Erreger tauchte dabei fast wie ein unerwarteter Gast auf. Ursprünglich sequenzierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die DNA der Person für Untersuchungen zu alten menschlichen Populationen.

Dabei entstand ein außergewöhnlich großer Datensatz – rund 1.5 Milliarden DNA-Fragmente –, deutlich mehr als in den meisten Projekten zur alten DNA.

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

Weil die Sequenzierung so tief war, ließ sich das Pathogen-Genom rekonstruieren, ohne die speziellen „Enrichment“-Schritte, die bei alten Mikroben häufig nötig sind.

Noch überraschender: Am Skelett waren keine offensichtlichen Anzeichen einer treponemalen Erkrankung zu erkennen, und beprobt wurde ein Schienbein (Tibia) – nicht das sonst oft bevorzugte Material wie Zähne.

Das unterstreicht einen wichtigen Punkt für künftige Arbeiten: Wenn die Datenqualität hoch genug ist, braucht es womöglich weder sichtbare Läsionen noch „perfekte“ Probenarten, um aussagekräftige Pathogen-DNA zu gewinnen.

Warum das heute wichtig ist

Die Rekonstruktion alter Pathogen-Genome ist mehr als akademische Detailarbeit. Sie hilft zu verstehen, wie sich Krankheiten verändern, wie Linien sich auffächern und welche Arten von Veränderungen in Zukunft erneut auftreten könnten.

Je besser die tiefe Geschichte eines Erregers bekannt ist, desto klarer wird, wozu er grundsätzlich fähig sein kann.

Das Team betonte außerdem, dass vor der Veröffentlichung der Austausch mit Communities in Kolumbien gesucht wurde – denn es geht nicht nur um „Daten“, sondern um einen Teil lokaler Menschheitsgeschichte.

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

„Die Einbindung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Studierenden sowie indigenen und nicht-indigenen Community-Mitgliedern stellt sicher, dass die Resultate ethisch verantwortungsvoll kommuniziert und im Dialog mit lokalen Gemeinschaften interpretiert werden.“

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

Am Ende erweitert das 5,500 Jahre alte Genom nicht nur eine Zeitleiste – es deutet auch an, dass der treponemale „Stammbaum“ früher Äste hatte, die wir bislang nicht einmal benannt haben.

Die Forschung ist in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.