Tautia sairastaneen ihmisen keuhkot, jotka oli kiinnitetty säilöntäaine formaliiniin yli sadaksi vuodeksi, auttoivat tutkijoita jäljittämään tuhkarokkoviruksen historiaa ja sijoittamaan sen alkuperän aina kuudennelle vuosisadalle eKr.
Vuosikausia keuhko oli Berliinin lääketieteen historian museon kellarissa yhdessä satojen muiden keuhkonäytteiden kanssa, jotka kaikki kerättiin ja säilöttiin 1870- ja 1930-luvuilla. Jahdatessaan hyvin säilyneitä hengitystiepatogeeneja virologi Sébastien Calvignac-Spencer Robert Koch -instituutista tutkimusryhmineen laskeutui kellariin ja kurkisti jokaiseen purkkiin. ”On sattuman kauppaa”, että ryhmä löysi keuhkon, joka kuului 2-vuotiaalle tuhkarokkopotilaalle, joka kuoli tautiin vuonna 1912, Calvignac-Spencer sanoi.
Ryhmä onnistui poimimaan näytteitä viruksesta 108 vuotta vanhasta keuhkokudoksesta ja käytti geneettistä materiaalia – vanhinta tuhkarokon genomia, joka on koskaan sekvensoitu – oppiakseen lisää taudinaiheuttajan alkuperästä. Tänään (18.6.) Science-lehdessä julkaistussa uudessa tutkimuksessa he arvioivat, että tuhkarokko on saattanut erota lähimmästä tunnetusta sukulaisestaan, nykyisin hävitetystä nautaviruksesta, jo 528 eaa.
Uusi arvio viittaa siihen, että virus saattaa olla ”yli tuhat vuotta vanhempi kuin mikään aiempi arvio”, Calvignac-Spencer kertoi Live Science -lehdelle.
Suhteessa: 11 (joskus) tappavaa tautia, jotka hyppivät lajien välillä
Harvinainen löytö
Varhempien tutkimusten mukaan tuhkarokko ja sukupuuttoon kuollut karjaruttovirus, jota kutsutaan nimellä rinderpest, erosivat viimeisimmästä yhteisestä esi-isästään 1100- ja 1200-luvuilla, Molecular Biology and Evolution (MBE) -lehdessä vuonna 2011 julkaistun raportin mukaan. Persialainen lääkäri Muhammad ibn Zakariya al-Razi kirjoitti kuitenkin kliinisen kuvauksen tuhkarokosta 10. vuosisadalla, joten jokin ei täsmää.
”Tuhkarokon ja tuhkarokon välinen ero on selvästi aliarvioitu”, sanoo MBE:n raportin kirjoittaja ja Kalifornian yliopiston San Diegon lääketieteen apulaisprofessori Joel Wertheim, joka ei ollut mukana uudessa Science-tutkimuksessa. Nämä aliarviot johtuvat kahdesta kriittisestä seikasta: vanhojen tuhkarokkonäytteiden puutteesta ja virheellisistä oletuksista siitä, miten virus mutatoituu ajan myötä, mikä vinouttaa evoluutiomalleja kohti ”naurettavan hiljattaista päivämäärää”, Wertheim kertoi Live Science -lehdelle.
Wertheim ja hänen yhteistyökumppaninsa rakensivat uuden mallin näiden tekijöiden huomioimiseksi ja työnsivät alkamisajankohdan yhdeksännen vuosisadan loppuun, mutta ”emme uskoneet olleemme oikeassa”, hän sanoi. Nyt Calvignac-Spencer ja hänen työryhmänsä ovat päässeet realistisempaan arvioon, osittain ottamalla analyysiinsa mukaan vuonna 1912 löydetyn yksilön, Wertheim sanoi.
Suhteessa: Going viral: 6 uutta havaintoa viruksista
Ennen kuin työryhmä löysi vuoden 1912 näytteen, vanhin koskaan sekvensoitu tuhkarokko-genomi ajoittui vuodelle 1954, totesivat kirjoittajat. Tutkijat arvioivat evoluution muutosnopeutta eli sitä, kuinka paljon ja kuinka nopeasti virus muuntuu, vertailemalla eri aikoina kerättyjä näytteitä ja seuraamalla niiden geneettisen koodin eroja. Mitä enemmän ja vanhempia näytteitä tutkimme, sitä selvemmäksi muutosnopeus käy, Calvignac-Spencer sanoi.
Tuhkarokkoviruksen selkäranka on kuitenkin RNA:ta, geneettisen materiaalin tyyppiä, joka hajoaa nopeasti verrattuna sen kestävämpään serkkuun DNA:han. Vuoden 1912 näyte välttyi tältä kohtalolta, koska keuhkot oli kiinnitetty formaliiniin, säilöntäaineeseen, joka pysäyttää kemialliset reaktiot, jotka muuten hajottaisivat RNA:ta. Formaliini myös ”liimaa” säilötyn RNA:n läheisiin molekyyleihin, mikä vaikeuttaa sen irrottamista, Calvignac-Spencer sanoi.
RNA:n irrottamiseksi työryhmä leikkasi 0,007 unssia (200 milligrammaa) kudosta keuhkosta ja keitti pikkuruisen näytteen, jolloin sen sisällä olevat tahmeat molekyylit irtoavat toisistaan ilman, että RNA:ta tuhoutuu. Ryhmä rakensi sitten ”lähes täydellisen” genomin pelastetusta RNA:sta, he kirjoittivat. Täydentääkseen evoluutiomalliaan entisestään ryhmä tutki Saksan kansallisen vertailulaboratorion geeninäytekokoelmaa ja löysi kaksi vuonna 1960 kerättyä tuhkarokkonäytettä, jotka voitiin lisätä analyysiin.
Parempien mallien rakentaminen
Ryhmä rakensi evoluutiomallinsa vuoden 1912 näytteestä, vuoden 1960 näytteistä ja 127 muusta näytteestä, joista suurin osa oli kerätty 1990-luvulla tai sen jälkeen. Toisessa mallissa verrattiin noin 50 tuhkarokkosekvenssiä rinderpest-virukseen, joka julistettiin hävitetyksi vuonna 2011, ja sen lähimpään sukulaiseen peste des petits ruminants (PPRV) -virukseen, joka tartuttaa vuohia ja lampaita, jotta voitiin määrittää, milloin nämä taudinaiheuttajat erkanivat yhteisestä esi-isästään.
Kummassakin näistä malleista ryhmä otti huomioon ilmiön nimeltä ”puhdistava valinta”, jonka monet aiemmat tutkimukset jättivät huomiotta, Calvignac-Spencer sanoi. Vaikka jotkut evoluutiopaineet lisäävät hyödyllisiä mutaatioita genomiin ja pitävät sen ajan mittaan vakaana, niin sanottu puhdistava valinta puhdistaa haitallisia mutaatioita genomista ennen kuin ne ehtivät kerääntyä. Nämä toisiaan täydentävät voimat auttavat määrittämään evoluutiomuutoksen tahdin, joten jos halutaan arvioida, milloin tuhkarokko ilmaantui ensimmäisen kerran, on otettava huomioon puhdistava valinta, Wertheim sanoi.
”Puhdistavan valinnan huomioon ottaminen voi muuttaa suuruusluokkaa”, hän sanoi. Puhdistumisvalinta aiheuttaa osittain sen, että tietyt genomin osat mutatoituvat helposti ja usein, kun taas toiset eivät muutu juuri lainkaan, hän lisäsi. ”Useat mutaatiot osuvat samaan kohtaan yhä uudelleen ja uudelleen”, mutta koska näytteitä on vain rajallinen määrä, osa näistä mutaatioista voi jäädä huomaamatta, Calvignac-Spencer sanoi. Ryhmä suunnitteli mallinsa vangitsemaan nämä mutaatiot, jotka muuten saattaisivat jäädä huomaamatta.
Rinderpestin ja tuhkarokon eroamisajankohdan perusteella ”tuhkarokko on vakiintunut ihmispopulaatioihin varhaisimpana mahdollisena ajankohtana” kuudennen vuosisadan tienoilla ennen Kristusta, vaikka tarkkaa päivämäärää, jolloin virus tarttui ensimmäisen kerran ihmisiin, ei tiedetä.
Tekijät totesivat, että noin 2 000-2 500 vuotta sitten ihmiset alkoivat rakentaa asutuksia, jotka olivat riittävän suuria ylläpitämään tuhkarokkoepidemiaa, mikä tarjosi virukselle mahdollisuuden vakiintua. Tuhkarokko pyrkii häviämään alle 250 000 hengen yhteisöissä, koska asukkaat tulevat nopeasti immuuniksi taudille tai kuolevat siihen, joten ”pienet ihmispopulaatiot saattoivat toimia vain umpisoluttajina”, he kirjoittivat.
Calvignac-Spencer sanoi olevansa kiinnostunut paljastamaan muinaisia tuhkarokkonäytteitä, jos niitä on olemassa, jotta voimme tarkentaa edelleen käsitystämme taudinaiheuttajan historiasta. Wertheim sanoi, että hän ennustaa useampien virologien liittyvän museoiden kellareissa ja sairaaloiden arkistoissa piilevien muinaisten näytteiden metsästykseen.
”Olin hämmästynyt, kun näin, että keuhkokudoksesta pystyttiin irrottamaan yli 100 vuotta vanha virus”, Wertheim sanoi. Uskon, että yhä useammat virologit alkavat käyttää ”yhä vanhempia ja vanhempia viruksia, kun ihmiset tulevat kunnianhimoisemmiksi ja rohkaistuvat näistä tuloksista”, hän lisäsi.
- 20 pahinta epidemiaa ja pandemiaa historiassa
- Maapallon 12 tappavinta virusta
- Top 10 salaperäistä tautia
Originally published on Live Science.
TARJOUS: Säästä 45 % ’How It Works’ ’All About Space’ ja ’All About History’ -lehdissä!
Rajoitetun ajan voit tilata minkä tahansa myydyimmistä tiedelehdistämme digitaalisesti vain 2 dollarilla.38 kuukaudessa, eli 45 % alennusta kolmen ensimmäisen kuukauden normaalihinnasta.Näytä tarjous
Uudemmat uutiset