Ein Mensch, der vor 100 Jahren an Masern erkrankt war, hilft Wissenschaftlern, die Ursprünge des Virus zurückzuverfolgen

Eine kranke menschliche Lunge, die mehr als 100 Jahre lang in Formalin konserviert wurde, half Wissenschaftlern, die Geschichte des Masernvirus zurückzuverfolgen und seinen Ursprung bis ins sechste Jahrhundert v. Chr. zurückzuverfolgen

Jahrelang lag die Lunge im Keller des Berliner Medizinhistorischen Museums zusammen mit Hunderten von anderen Lungenproben, die alle zwischen den 1870er und 1930er Jahren gesammelt und konserviert wurden. Auf der Suche nach gut erhaltenen Erregern der Atemwege stiegen der Virologe Sébastien Calvignac-Spencer vom Robert-Koch-Institut und sein Forschungsteam in den Keller hinab und schauten in jedes einzelne Gefäß. „Es ist ein Glücksfall“, dass das Team eine Lunge fand, die einem zweijährigen Masernpatienten gehörte, der 1912 an der Krankheit starb, so Calvignac-Spencer.

Dem Team gelang es, Proben des Virus aus dem 108 Jahre alten Lungengewebe zu extrahieren und das genetische Material – das älteste jemals sequenzierte Maserngenom – zu nutzen, um mehr über die Ursprünge des Erregers zu erfahren. In einer neuen Studie, die heute (18. Juni) in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, gehen sie davon aus, dass sich die Masern bereits 528 v. Chr. von ihrem nächsten bekannten Verwandten, einem inzwischen ausgerotteten Rindervirus, unterschieden haben könnten.

Die neue Schätzung deutet darauf hin, dass das Virus „mehr als 1.000 Jahre älter sein könnte als alle bisherigen Schätzungen“, so Calvignac-Spencer gegenüber Live Science.

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Ein seltener Fund

Vorherige Studien sagten voraus, dass sich die Masern und das ausgestorbene Rindervirus, genannt Rinderpest, zwischen dem 11. und 12. Jahrhundert von ihrem jüngsten gemeinsamen Vorfahren abspalteten, so ein Bericht aus dem Jahr 2011 in der Zeitschrift Molecular Biology and Evolution (MBE). Allerdings hat der persische Arzt Muhammad ibn Zakariya al-Razi im 10. Jahrhundert eine klinische Beschreibung der Masern verfasst, so dass etwas nicht stimmte.

„Die Aufteilung zwischen Masern und Rinderpest wird eindeutig unterschätzt“, sagte Joel Wertheim, Autor des MBE-Berichts und Assistenzprofessor für Medizin an der University of California, San Diego, der nicht an der neuen Science-Studie beteiligt war. Diese Unterschätzung ist auf zwei kritische Punkte zurückzuführen: einen Mangel an alten Masernproben und fehlerhafte Annahmen darüber, wie das Virus im Laufe der Zeit mutiert, was die Evolutionsmodelle in Richtung eines „lächerlich jungen Datums“ verzerrt, so Wertheim gegenüber Live Science.

Wertheim und seine Mitautoren erstellten ein neues Modell, um diesen Faktoren Rechnung zu tragen, und verschoben das Ursprungsdatum auf das Ende des neunten Jahrhunderts, aber „wir dachten nicht, dass wir richtig lagen“, sagte er. Jetzt haben Calvignac-Spencer und sein Team eine realistischere Schätzung erreicht, zum Teil, indem sie das neu entdeckte Exemplar von 1912 in ihre Analyse einbezogen haben, sagte Wertheim.

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Bevor das Team die Probe aus dem Jahr 1912 fand, datierte das älteste jemals sequenzierte Maserngenom auf das Jahr 1954, so die Autoren. Wissenschaftler schätzen die Geschwindigkeit des evolutionären Wandels ab, d.h. wie viel und wie schnell ein Virus mutiert, indem sie Proben vergleichen, die zu verschiedenen Zeiten entnommen wurden, und die Unterschiede in ihrem genetischen Code verfolgen. Je mehr und ältere Proben wir untersuchen, desto deutlicher wird diese Veränderungsrate, so Calvignac-Spencer.

Das Rückgrat des Masernvirus ist jedoch RNA, eine Art genetisches Material, das sich im Vergleich zu seinem robusteren Cousin DNA schnell abbaut. Die Probe aus dem Jahr 1912 entging diesem Schicksal, weil die Lunge in Formalin fixiert worden war, einem Konservierungsmittel, das chemische Reaktionen aufhält, die andernfalls RNA abbauen würden. Formalin „klebt“ die konservierte RNA auch an benachbarte Moleküle, so dass sie schwer zu extrahieren ist, so Calvignac-Spencer.

Um die RNA zu lösen, schnitt das Team 200 Milligramm Gewebe aus der Lunge und kochte die winzige Probe, so dass sich die klebrigen Moleküle im Inneren lösten, ohne die RNA zu zerstören. Aus der geretteten RNA konstruierte das Team dann ein „fast vollständiges“ Genom, schreiben sie. Um ihr evolutionäres Modell weiter zu bereichern, durchsuchte das Team die Sammlung genetischer Proben im Deutschen Nationalen Referenzlabor und fand zwei Masernproben aus dem Jahr 1960, die sie ihrer Analyse hinzufügten.

Building better models

Das Team baute sein evolutionäres Modell aus der Probe von 1912, den Proben von 1960 und 127 weiteren Proben auf, von denen die meisten in den 1990er Jahren oder danach gesammelt wurden. Ein zweites Modell verglich etwa 50 Masernsequenzen mit dem Rinderpestvirus, das 2011 für ausgerottet erklärt wurde, und seinem nächsten Verwandten, dem Peste des petits ruminants (PPRV), das Ziegen und Schafe infiziert, um festzustellen, wann sich diese Erreger von ihrem gemeinsamen Vorfahren abspalteten.

In beiden Modellen berücksichtigte das Team ein Phänomen, das als „reinigende Selektion“ bezeichnet wird und das in vielen früheren Studien übersehen wurde, so Calvignac-Spencer. Während ein gewisser evolutionärer Druck dem Genom hilfreiche Mutationen hinzufügt und es über die Zeit stabil hält, entfernt die so genannte „reinigende Selektion“ schädliche Mutationen aus dem Genom, bevor sie sich ansammeln können. Diese sich ergänzenden Kräfte bestimmen das Tempo des evolutionären Wandels. Wenn man also abschätzen will, wann die Masern zum ersten Mal auftraten, muss man die reinigende Selektion berücksichtigen, so Wertheim.

„Man kann sich um eine Größenordnung verändern, wenn man die reinigende Selektion berücksichtigt“, sagte er. Die reinigende Selektion führt zum Teil dazu, dass bestimmte Abschnitte des Genoms leicht und häufig mutieren, während sich andere kaum verändern, fügte er hinzu. „Da man aber nur eine begrenzte Anzahl von Proben hat, kann es sein, dass man einige dieser Mutationen übersieht“, so Calvignac-Spencer. Das Team hat sein Modell so konzipiert, dass es diese Mutationen erfasst, die andernfalls übersehen werden könnten.

Ausgehend von der Zeit, in der sich Rinderpest und Masern voneinander unterschieden, liegt das „frühestmögliche Datum für die Etablierung von Masern in menschlichen Populationen“ etwa im sechsten Jahrhundert vor Christus, Das genaue Datum, an dem das Virus zum ersten Mal Menschen infizierte, bleibt jedoch unbekannt.

Die Autoren stellten fest, dass die Menschen vor etwa 2.000 bis 2.500 Jahren begannen, Siedlungen zu errichten, die groß genug waren, um einen Masernausbruch zu überstehen, was dem Virus die Möglichkeit bot, sich zu etablieren. Masern neigen dazu, in Gemeinschaften von weniger als 250.000 Menschen zu versiegen, da die Bewohner schnell immun gegen die Krankheit werden oder daran sterben, so dass „kleine menschliche Populationen nur als Sackgassenwirte dienen konnten“, schreiben sie.

Calvignac-Spencer sagte, er sei daran interessiert, alte Masernproben zu finden, falls es sie gibt, um unser Verständnis der Geschichte des Erregers weiter zu verfeinern. Wertheim sagte, er gehe davon aus, dass sich mehr Virologen an der Jagd nach alten Proben beteiligen werden, die in Museumskellern und Krankenhausarchiven schlummern.

„Ich war erstaunt, als ich sah, dass sie in der Lage waren, ein über 100 Jahre altes Virus aus Lungengewebe herauszuholen“, sagte Wertheim. Ich denke, dass mehr Virologen beginnen werden, „ältere und ältere Viren zu verwenden, da die Menschen ehrgeiziger werden und durch diese Ergebnisse ermutigt werden“, fügte er hinzu.

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Ursprünglich veröffentlicht auf Live Science.