Persona che ha avuto il morbillo 100 anni fa aiuta gli scienziati a rintracciare le origini del virus

Un polmone umano malato, fissato nella formalina conservante per più di 100 anni, ha aiutato gli scienziati a tracciare la storia del virus del morbillo e a collocare la sua origine fino al sesto secolo a.C.

Per anni, il polmone è rimasto nel seminterrato del Museo di storia della medicina di Berlino insieme a centinaia di altri campioni di polmoni, tutti raccolti e conservati tra gli anni 1870 e 1930. A caccia di patogeni respiratori ben conservati, il virologo Sébastien Calvignac-Spencer dell’Istituto Robert Koch e il suo team di ricerca sono scesi nel seminterrato e hanno sbirciato in ogni barattolo. “È una questione di serendipità” che il team ha trovato un polmone appartenente a un paziente di 2 anni con il morbillo che è morto per la malattia nel 1912, ha detto Calvignac-Spencer.

Il team è riuscito a estrarre campioni del virus dal tessuto polmonare di 108 anni e ha utilizzato il materiale genetico – il più antico genoma del morbillo mai sequenziato – per imparare di più sulle origini del patogeno. In un nuovo studio, pubblicato oggi (18 giugno) sulla rivista Science, stimano che il morbillo potrebbe essersi differenziato dal suo parente più prossimo conosciuto, un virus del bestiame ormai sradicato, già nel 528 a.C.

La nuova stima suggerisce che il virus può essere “più di un 1.000 anni più vecchio di qualsiasi stima precedente,” Calvignac-Spencer ha detto Live Science.

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Una rara scoperta

Studi precedenti hanno previsto che il morbillo e il virus estinto del bestiame, chiamato peste bovina, si sono divisi dal loro antenato comune più recente tra i secoli 11 e 12, secondo un rapporto del 2011 sulla rivista Molecular Biology and Evolution (MBE). Tuttavia, il medico persiano Muhammad ibn Zakariya al-Razi ha scritto una descrizione clinica del morbillo nel X secolo, quindi qualcosa non quadrava.

“La divisione tra morbillo e peste bovina è chiaramente sottostimata”, ha detto Joel Wertheim, autore del rapporto MBE e assistente professore di medicina presso l’Università della California, San Diego, che non è stato coinvolto nel nuovo studio Science. Queste sottostime derivano da due questioni critiche: una mancanza di vecchi campioni di morbillo e ipotesi errate su come il virus muta nel tempo, che inclinano i modelli evolutivi verso una “data ridicolmente recente”, Wertheim ha detto a Live Science.

Wertheim e i suoi coautori hanno costruito un nuovo modello per tenere conto di questi fattori e spinto indietro la data di origine alla fine del nono secolo, ma “non pensavamo di avere ragione”, ha detto. Ora, Calvignac-Spencer e il suo team hanno raggiunto una stima più realistica, in parte, includendo l’esemplare del 1912 appena scoperto nella loro analisi, ha detto Wertheim.

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Prima che il team trovasse il campione del 1912, il più antico genoma del morbillo mai sequenziato risaliva al 1954, hanno notato gli autori. Gli scienziati stimano il tasso di cambiamento evolutivo, o quanto e come rapidamente un virus muta, confrontando campioni raccolti in tempi diversi e seguendo le differenze nel loro codice genetico. Più e più vecchi campioni esaminiamo, più chiaro diventa il tasso di cambiamento, ha detto Calvignac-Spencer.

Ma la spina dorsale del virus del morbillo è RNA, un tipo di materiale genetico che si degrada rapidamente rispetto al suo cugino più robusto DNA. Il campione del 1912 è sfuggito a questo destino perché il polmone era stato fissato in formalina, un conservante che arresta le reazioni chimiche che altrimenti degraderebbero l’RNA. La formalina inoltre “incolla” l’RNA conservato alle molecole vicine, rendendolo difficile da estrarre, ha detto Calvignac-Spencer.

Per staccare l’RNA, il team ha tagliato 0,007 once (200 milligrammi) di tessuto dal polmone e ha bollito il piccolo campione, causando le molecole appiccicose all’interno di separarsi senza distruggere l’RNA. Il team ha poi costruito “un genoma quasi completo” dall’RNA salvato, hanno scritto. Per arricchire ulteriormente il loro modello evolutivo, il team ha setacciato la collezione di campioni genetici nel laboratorio nazionale di riferimento tedesco e ha trovato due campioni di morbillo raccolti nel 1960 da aggiungere alla loro analisi.

Costruire modelli migliori

Il team ha costruito il suo modello evolutivo dal campione del 1912, i campioni del 1960 e 127 campioni aggiuntivi, la maggior parte raccolti negli anni 1990 o dopo. Un secondo modello ha confrontato circa 50 sequenze di morbillo con il virus della peste bovina, che è stato dichiarato eradicato nel 2011, e il suo parente più prossimo peste dei piccoli ruminanti (PPRV), che infetta capre e pecore, per stabilire quando questi patogeni si sono separati dal loro antenato comune.

In entrambi questi modelli, il team ha preso in considerazione un fenomeno chiamato “selezione purificante”, che molti studi precedenti hanno trascurato, ha detto Calvignac-Spencer. Mentre alcune pressioni evolutive aggiungono mutazioni utili al genoma e lo mantengono stabile nel tempo, la cosiddetta selezione purificante elimina le mutazioni dannose dal genoma prima che possano accumularsi. Queste forze complementari aiutano a stabilire il ritmo del cambiamento evolutivo, quindi per stimare quando il morbillo è emerso per la prima volta, è necessario tenere conto della selezione purificatrice, ha detto Wertheim.

“Si può cambiare di un ordine di grandezza tenendo conto della selezione purificante”, ha detto. La selezione purificante, in parte, fa sì che alcuni segmenti del genoma mutino prontamente e spesso, mentre altri non cambiano affatto, ha aggiunto. “Avrai diverse mutazioni che colpiscono la stessa posizione più e più volte”, ma poiché hai solo un numero limitato di campioni, potresti perdere alcune di queste mutazioni, ha detto Calvignac-Spencer. Il team ha progettato il loro modello per catturare queste mutazioni che potrebbero altrimenti essere mancate.

In base a quando la peste bovina e il morbillo si sono differenziati, la “prima data possibile per l’istituzione del morbillo nelle popolazioni umane” è avvenuta intorno al sesto secolo avanti Cristo, anche se la data esatta in cui il virus ha infettato per la prima volta le persone rimane sconosciuta.

Gli autori hanno notato che, circa 2.000-2.500 anni fa, gli esseri umani hanno iniziato a costruire insediamenti abbastanza grandi da sostenere un’epidemia di morbillo, offrendo al virus l’opportunità di stabilirsi. Il morbillo tende ad esaurirsi in comunità di meno di 250.000 individui, poiché i residenti diventano rapidamente immuni o muoiono a causa della malattia, quindi “le piccole popolazioni umane potrebbero servire solo come ospiti senza uscita”, hanno scritto.

Calvignac-Spencer ha detto che è interessato a scoprire antichi campioni di morbillo, se esistono, al fine di affinare ulteriormente la nostra comprensione della storia del patogeno. Wertheim ha detto che prevede che altri virologi si uniranno alla caccia di antichi campioni in agguato negli scantinati dei musei e negli archivi degli ospedali.

“Sono rimasto stupito quando ho visto che sono stati in grado di estrarre un virus di oltre 100 anni dal tessuto polmonare”, ha detto Wertheim. Penso che più virologi inizieranno a usare “virus sempre più vecchi man mano che le persone diventano più ambiziose e incoraggiate da questi risultati”, ha aggiunto.

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Originariamente pubblicato su Live Science.