Antyczne DNA rozstrzyga o źródłach Czarnej Śmierci

Obraz SEM pałeczek dżumy (Yersinia pestis) /źródło: wiki (domena publ.)

ResearchBlogging.org

W magazynie Nature ukazała się w tym miesiącu praca, w której grupa badaczy z Kanady, Niemiec oraz Stanów Zjednoczonych opisała sekwencjonowanie genomu pałeczek dżumy (Yersinia pestis) pochodzących od ofiar Czarnej Śmierci – epidemii, która zdziesiątkowała populację europejską w XIV wieku. Praca ta ma duże szanse być początkiem końca debaty, która przez świat akademicki przetacza się od nieco ponad 10 lat, a dotyczącej prawdziwych przyczyn tej średniowiecznej epidemii. Dodatkowym nieco technicznym smaczkiem pracy jest też cała dziedzina, która zajmuje się problematyką pobierania lub odzyskiwania DNA pochodzącego ze szczątków organizmów żywych i analizowania go. Pobranie tego tzw. antycznego DNA – zakładając, że da się znaleźć próbkę, w której znajduje się ono w stanie pozwalającym na dalsze badania – jest sprawą niebłahą, ponieważ nie można pozwolić sobie na zanieczyszczenie próbki DNA współczesnym. Co oczywiście łatwe nie jest, biorąc pod uwagę, że takie szczątki najczęściej wydobywane są z gleby, gdzie się w DNA różnorakich organizmów z niemal wszystkich epok od czasu śmierci organizmu do czasu wydobycia kości pławiło.

Obraz SEM pałeczek dżumy (Yersinia pestis) /źródło: wiki (domena publ.)

To tylko taka nieco rozpraszająca dygresja na początek. Wróćmy jednak do właściwego tematu: czym była Czarna Śmierć (wszyscy wiedzą, że epidemią dżumy), jak i skąd dotarła do Europy (wszyscy wiedzą, że z Azji poprzez francuski port Montpellier), jak doszło do tego, że rozprzestrzeniła się w Europie (wszyscy wiedzą, że drogą kropelkową) i dlaczego w ogóle miałoby to budzić czyjeć wątpliwości (bo nie wszyscy wiedzą, że przez ostatnią dekadę budziło).

W ciągu ostatnich dwóch tysiącleci przez Eurazję przetoczyły się trzy wielkie epidemie, które przypisuje się pałeczce dżumy. W VI wieku n.e. pierwsza z tych epidemii zdziesiątkowała Imperium Bizantyjskie. W XIV wieku druga pandemia dotarła do Europy, gdzie trwała i powracała przez kolejne kilka stuleci. Ostatnia zaś siała spustoszenie głównie w Indiach i Chinach pod koniec dziewiętnastego stulecia. O ile w przypadku tej ostatniej epidemii znaleziono potwierdzenie źródła w postaci wyizolowanej bakterii, o tyle nasze podejrzenia na temat tego, czy dżuma była także przyczyną dwóch poprzednich zaraz, opierały się głównie na historycznych opisach, z których wnioskować można było o etiologii i przebiegu choroby.

Epidemia zarazy, która Europę zaatakowała w wieku XIV, zabiła prawdopodobnie około 100 milionów ludzi, zmniejszając populację samej tylko Europy o połowę. Nie bez kozery zatem nazwano ją Czarną Śmiercią, chociaż nazwa ta pochodzi dokładniej od martwicy tkanek wywoływanej przez chorobę, która nadawała im ciemny, niemal czarny kolor.

Bakteria Yersinia pestis była przez stulecia obecna w populacjach środkowoazjatyckich gryzonii. Na ludzi przenosi się ona jednak bardzo łatwo, wystarczający jest już zaledwie kontakt ze skórą. Z tych azjatyckich rubieży do średniowiecznej Europy została przytargana przez mongolskie armie. Pierwsze jej przypadki odnotowano w Teodozji – należącym do Genui krymskim mieście, które w 1347 roku było oblegane przez Mongołów. W czasie tego oblężenia doszło do jednego z pierwszych odnotowanych zastosowań broni biologicznej: Jani Beg, mongolski chan, którego inwazja została wstrzymana przez wybuch epidemii dżumy wśród jego wojsk, postanowił obrócić te niesprzyjające okoliczności na swoją korzyść. Ciała osób zmarłych na dżumę kazał katapultować do wewnątrz miasta, aby wywołać zarazę wśród obrońców i osłabić ich opór. Genueńscy kupcy, którym udało się zbiec z miasta, przywlekli chorobę drogą morską do zachodniej Europy. Pierwsza poważna epidemia wybuchła w Pizie oraz na Sycylii. Genueńskie statki zawrócone sprzed innych włoskich portów zatargały natomiast dżumę do Marsylii, skąd szybko już rozprzestrzeniła się na resztę Europy.

Rozprzestrzenianie się Czarnej Śmierci w Europie. Z narodowego punktu widzenia można poczynić interesującą obserwację, że rejony Królestwa Polskiego były jednymi z nielicznych niemal całkowicie nietkniętych przez zarazę. / źródło: wiki (domena publ.)

Plaga, którą w podręcznikach historii nazywa się Czarną Śmiercią przetaczała się przez kontynent przez kolejne kilka lat, szczytując między 1348 a 1350 rokiem. Wówczas to właśnie zginęła niemal połowa ludności Europy. Należy jednak podkreślić, że ogniska dżumy powracały periodycznie raz na kilkanaście lat przez kolejne kilka stuleci. Ostatnim dużym wybuchem w ramach tej pandemii była zaraza w Rosji w latach 1770-1772. Jednym z najbardziej znanych zaś – wielka zaraza w Londynie w latach 1660-1665, która wybiła 1/5 mieszkańców miasta. Po epizodzie rosyjskim dżuma wywędrowała z Europy i, jak już wcześniej wspomniałem, jej krótki powrót pod koniec XIX wieku ograniczył się głównie do środkowo-wschodniej Azji.

W latach 80. i 90. XX wieku biologia molekularna zaczęła się na dobre rozkręcać dzięki coraz lepszym, szybszym i dokładniejszym metodom pozwalającym na sekwencjonowanie genów. Sekwencjonowanie genomów bakterii pod koniec lat 90. było już niemal na porządku dziennym. Trzeba tu jednak podkreślić, że mówimy o bakteriach współczesnych i, co więcej, żywych – których w razie potrzeby zdobycia większej ilości materiału genetycznego można było dohodować więcej. Naturalnym jednak krokiem była próba zsekwencjonowania genomów organizmów zmarłych lub wręcz wymarłych. W tym przypadku ilość materiału dostępna do sekwencjonowania jest znacznie mniejsza, trzeba się z nim obchodzić niezwykle delikatnie, aby nie zanieczyścić ani nie zniszczyć niewielkich jej ilości, jakie są dostępne, potrzebne jest też dobre wstępne rozpoznanie, pozwalające potwierdzić bezpośrednio lub pośrednio, że źródło, z którego pobrano próbkę, jest autentyczne.

Niemniej, jeśli weźmie się to wszystko pod uwagę i zaplanuje eksperyment ostrożnie, wyniki mogą dostarczyć nam bardzo ciekawych wniosków. Tak też się stało w roku 2000, gdy grupa badaczy z Francji postanowiła spróbować potwierdzić, że w istocie pałeczka dżuma była odpowiedzialna za Czarną Śmierć. W tym celu użyli oni zębów trzech osób wydobytych z masowych grobów w Marsylii, uważanych za miejsce pochówku ofiar zarazy. Zęby zostałe przemielone na wiór, a uzyskany materiał rozdzielony tak, aby wyodrębnić z niego DNA. Należy tutaj zaznaczyć, że jednym z założeń tego eksperymentu jest to, że u ofiar, do których należały zęby, infekcja była wystarczająco zaawansowana, aby doprowadzić do zarażenia tkanki zębowej. Materiał DNA został następnie pomnożony stosując metodę PCR, w której szczegóły wdawał się jednak nie będę. Ważnym detalem tutaj jest jednak to, że w procesie zastosowano primery (krótkie odcinki DNA, które wyzwalają proces namnażania) charakterystyczne dla bakterii Yersinia pestis. Oznacza to, że jedynie DNA należące do pałeczek dżumy uległo namnożeniu. Francuzi potwierdzili obecność tej bakterii i wywnioskowali, że jest to ostateczny dowód na to, że Czarna Śmierć to właśnie dżuma.

Myślicie, że to już koniec? Otóż nie. Tutaj dopiero wszystko się zaczęło!

Otóż widzicie, same źródła historyczne i opisy świadków mogą nie być – i najczęściej nie są – wystarczające, aby potwierdzić jaki mikroorganizm mógł wywołać jakąkolwiek zarazę, nie tylko Czarną Śmierć. Mikroorganizmy ewoluują bowiem znacznie szybciej niż inne organizmy. Oznacza to, że zmienić dość drastycznie może się sposób, w jaki działają – i to zwłaszcza na przestrzeni prawie siedmiu stuleci, bo o takiej skali czasowej tutaj mówimy. Ponadto sam przebieg choroby wywołanej przez – teoretycznie – jeden patogen może się znacząco różnić. I tak na przykład dżuma może występować w trzech postaciach: dymienicznej, septycznej i płucnej. Formy te różnią się oczywiście objawami oraz tym, że atakują nieco inne organy lub w nieco innej kolejności. Zasadniczo pierwotną formą dżumy jest dżuma dymieniczna, a pozostałe dwie to komplikacje. Najważniejsze jest jednak to, że wystąpienie kolejnych form u chorego znacząco wpływa na jego szanse na przeżycie. Śmiertelność dla dżumy dymienicznej, objawiającej się przede wszystkim znaczącym powiększeniem węzłów chłonnych obok standardowych objawów chorobowych (gorączka, bóle głowy, bóle stawów, nudności – jeśli jednak widzicie te objawy u siebie, proszę nie panikować! To może być zwykła grypa albo nawet przeziębienie), wynosiła około 30-75%, a śmierć następowała w ciągu tygodnia od zarażenia. Dżuma płucna powodowała śmierć w 90-95% przypadków, a należy dodać, że i roznosiła się łatwiej, bo chory pluł i kaszlał krwią na prawo i lewo. Wreszcie dżuma septyczna chociaż występowała najrzadziej była jednak niemal równoznaczna z wyrokiem śmierci. Różne dodatkowe powikłania prowadzą do niesamowitej mnogości objawów, które ciężko może być czasem właściwie zaklasyfikować jedynie w oparciu i pamiętniki samotnych średniowiecznych mnichów.

Nikt oczywiście nie rzuciłby Francuzom w twarz, że nie mają racji, bez dania wcześniej ku temu powodów, co nie zmienia faktu, że pewne spekulacje na temat tego, czy aby na pewno Czarną Śmierć spowodowała pałeczka dżumy zaczęły się pojawiać. Po pierwsze więc zarzucono im, że nie da się potwierdzić, czy badane zęby pochodziły od ofiar zarazy. Po drugie, zwrócono uwagę na fakt, że zęby pochodziły z zaledwie trzech ciał (czemu – nie wiem, być może tylko tyle odkryto).

Po trzecie zaś, pojawiła się wreszcie alternatywna praca. Grupa tym razem Brytyjczyków opublikowała w 2004 roku wyniki swoich badań przeprowadzonych także na zębach ofiar. Tym razem jednak próba była znacznie większa, a zęby pochodziły z 5 masowych grobów ofiar zarazy, m.in. w Kopenhadze i Londynie. Naukowcy zastosowali kilka różnych metod przygotowania próbki i wyodrębniania DNA, a także kilka różnych primerów specyficznych dla pałeczek dżumy. I co? Otóż to. I nic. Nie znaleźli oni ani śladu dżumiego DNA. I nie omieszkali wytknąć Francuzom tego, jak również faktu, że zaproponowana przez Francuzów metoda analizy antycznego DNA z zębów ofiar musi wciąż zostać potwierdzona. Francuzi dłużni nie pozostali i w komentarzu do pracy Brytyjczyków wypunktowali, co uważali za niedociągnięcia ich badania, jak również nierzetelność w ocenie ich własnej metody. Wątpliwości jednak pozostały. Nie pomogło im resztą to, że już dwa lata wcześniej alternatywną teorię o przyczynach Czarnej Śmierci opublikował Samuel Cohn z University of Glasgow.

Cohn zwrócił uwagę na to, że średniowieczna dżuma oraz dżuma, jaką znamy współcześnie (ta rozpoznana w Indiach i Chinach pod koniec XIX wieku), to dwie niemal zupełnie różne choroby, różniące się np. objawami i przebiegiem epidemii (a nie mówiłem?). Zwrócił on uwagę na to, że dżuma średniowieczna nie była prawdopodobnie przenoszona przez szczury – jak to się najczęściej sugeruje i jak przenoszona jest dżuma obecnie. Argumentował to następująco: współcześnie zachorowania na dżumę osiągają szczyt w miesiącach o wysokiej wilgotności, gdy temperatury nie przekraczają 26C, bowiem te warunki sprzyjają żyjących na szczurach pchłom, które są właściwym wektorem pałeczek dżumy. Jednak zachorowania na zarazę w okresie Czarnej Śmierci (przez to rozumiem cały okres drugiej epidemii, a nie tylko lata 1348-50) szczytowały w lecie – gdy temperatury w rejonie Morza Śródziemnego były znacznie wyższe niż te graniczne 26 stopni. Ponadto Cohn zwrócił uwagę na to, że dżuma średniowieczna i dżuma współczesna atakują inne węzły chłonne, co także sugeruje, że mogą to być dwie całkiem odmienne choroby.

Na fali wątpliwości zaczęły się pojawiać nowe (lub powracać stare) teorie: o tym, że Czarna Śmierć być może była wywołana wielką epidemią wąglika, lub że był to jakiś Ebola-podobny wirus wywołujący gorączkę krwotoczną.

Żeby jednak nie rozwodzić się już więcej, wróćmy do (niemal) teraźniejszości. W zeszłym roku w magazynie PLoS Pathogens międzynarodowa grupa badaczy opublikowała pracę potwierdzającą oryginalne doniesienie o tym, że Czarna Śmierć to dżuma. Przebadano tkanki pochodzące od kolejnych 76 ofiar wykopanych w 5 różnych lokalizacjach w całej Europie i pokazano, że zarazę wywołały dwa różne, nieznane wcześniej klady (coś jak szczepy) Yersini pestis, sugerując, że do Europy dżuma dotarła dwiema niezależnymi drogami.Oba te szczepy najprawdopodobniej całkiem wymarły.

No i wydawać by się mogło, że na tym etapie to się stało takim przebijaniem piłeczki z jednej na drugą stronę i należy oczekiwać kolejnej pracy, w której badacze wykażą, że nie, jednak niczego nie znaleźli. Tu trzeba zdać sobie sprawę z następującego problemu: badacze, którzy niczego nie znaleźli, będą badaczom, którzy twierdzą, że coś jednak znaleźli, zarzucać, że próbki zostały zanieczyszczone. Ci drudzy zaś będą zarzucać tym pierwszym, że nie dość dobrze szukali. Taka zabawa w kotka i myszkę. A raczej w dwa kotki.

Ale tydzień temu arcyprestiżowy magazyn Nature wkroczył do debaty z przytupem, o czym wspomniałem na początku tego artykułu. Kolejna międzynarodowa grupa dołożyła swoje całkiem solidne trzy grosze: opublikowano bowiem wyniki sekwencjonowania pełnego genomu mikroorganizmu, który wywołał czternastowieczną zarazę – i jest to ciągle i niezmiennie pałeczka dżumy.

Prawodpodobnie więc zostało to raz na zawsze rozstrzygnięte. Czarna Śmierć i dżuma to jedno i to samo. Dość zabawnym akcentem wydaje mi się to, że w szkołach niezachwianie od lat uczy się – i w trakcie, gdy akademicy dyskutowali, czy to dżuma czy może nie dżuma nadal uczyło się – że zarazę w średniowiecznej Europie wywołała dżuma. Można więc pewnie zapytać, czy ten cały pościg za udokumentowanym biologicznie rodowodem zarazy był tylko sztuką dla sztuki? Oczywiście, że nie. Chociaż fatalny sobie na to przykład wybrałem.

Bos, K., Schuenemann, V., Golding, G., Burbano, H., Waglechner, N., Coombes, B., McPhee, J., DeWitte, S., Meyer, M., Schmedes, S., Wood, J., Earn, D., Herring, D., Bauer, P., Poinar, H., & Krause, J. (2011). A draft genome of Yersinia pestis from victims of the Black Death Nature DOI: 10.1038/nature10549

Haensch, S., Bianucci, R., Signoli, M., Rajerison, M., Schultz, M., Kacki, S., Vermunt, M., Weston, D., Hurst, D., Achtman, M., Carniel, E., & Bramanti, B. (2010). Distinct Clones of Yersinia pestis Caused the Black Death PLoS Pathogens, 6 (10) DOI: 10.1371/journal.ppat.1001134

Raoult, D. (2000). Molecular identification by „suicide PCR” of Yersinia pestis as the agent of Medieval Black Death Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (23), 12800-12803 DOI: 10.1073/pnas.220225197

Drancourt, M. (2004). Molecular detection of Yersinia pestis in dental pulp Microbiology, 150 (2), 263-264 DOI: 10.1099/mic.0.26885-0

Gilbert, M. (2004). Absence of Yersinia pestis-specific DNA in human teeth from five European excavations of putative plague victims Microbiology, 150 (2), 341-354 DOI: 10.1099/mic.0.26594-0

Welford, M., & Bossak, B. (2009). Validation of Inverse Seasonal Peak Mortality in Medieval Plagues, Including the Black Death, in Comparison to Modern Yersinia pestis-Variant Diseases PLoS ONE, 4 (12) DOI: 10.1371/journal.pone.0008401

Na niewielkim marginesie: ten wpis jest początkiem mam nadzieję długiej i owocnej współpracy nic prostszego z BioCentrum Edukacji Naukowej. BioCentrum publikowało wcześniej także notki z blogów Sporothrix oraz Figulacha z makulachem.

9 Comments

  1. „… chociaz nie widze powodu, dla ktorego ludnosc zamieszkujaca te tereny mialaby byc bardziej odporna.”;
    „Warto by bylo zapytac historykow. To jest okres panowania Kazimierza Wielkiego, ktory budowniczym wielkim (panstwa) byl …”
    Rafał.
    Drugie zdanie twojego komentarza jest odpowiedzią na pytanie zawarte w jego pierwszym zdaniu.

    W procesie budowlanym tamtych czasów używano zaprawy z wapna piasku i wody z dodatkiem krwi bydlęcej i białek z jaj kurzych. Wielkie zapotrzebowanie powodowało wzrost cen na krew i białka, a co za tym idzie zwiększoną hodowlę, co w warunkach pokoju nie stanowiło większego problemu.

    Efektem ubocznym procesu hodowlanego był wzrost ilości niepotrzebnych w procesie budowlanym odpadów. Odpady te, to żółtka jaj i wołowina.
    Przy tak dużej podaży spadły ceny, a zarabiający na budowach i w ich otoczeniu Polacy korzystając ze spadku cen znacznie lepiej się odżywiali, co było podstawową przyczyną lepszej kondycji zdrowotnej całej populacji Polski.
    To nie przypadek, że wnuki i prawnuki budowniczych kazimierzowskich fortyfikacji byli tak żądni wiedzy i zapoczątkowali epokę „złotego wieku” Rzeczypospolitej.

    Lubię

    1. No wlasnie nie wiem. Na mapce w tekscie widac wyraznie, ze Krolestwo Polskie zostalo w mniejszym stopniu dotkniete przez zaraze niz inne czesci Europy. Ale bardzo watpie, zeby to mialo cokolwiek wspolnego z higiena. Co do odpornosci, to sie nie wypowiem, chociaz nie widze powodu, dla ktorego ludnosc zamieszkujaca te tereny mialaby byc bardziej odporna.

      Warto by bylo zapytac historykow. To jest okres panowania Kazimierza Wielkiego, ktory budowniczym wielkim (panstwa) byl i trudno mi wyobrazic sobie, aby z jakichs dziwacznych powodow ograniczal kontakty miedzynarodowe – bo cos w ten desen z pewnascia ograniczyloby naplyw potencjalnych nosicieli bakterii do Polski.

      Teraz, jak o to zapytales, to guglnalem (bo wczesniej mi sie jednak troche nie chcialo) i wyskoczyl mi watek z forum historycznego, gdzie ten temat tez jest dyskutowany – ale tam rowniez brak konsensusu (nie zebym sie go spodziewal).

      Lubię

      1. Jan Długosz odnotował epidemię w roku 1349: Pestifer hic annus aput Polonos fuit morboque epidimie passim grassante multi mortales tam de nobilitate quam de plebe consumpti sunt. Mamy też wzmiankę w Spominkach Władysławskich: „Anno Domini 1349 pestilencia magna fuit, et homines se affligebant seu flagellabant”. To oczywiście niewiele, ale też źródła historyczne z tego okresu są raczej skąpe. Historyk Ole Benedictow uważa, że biała plama na terenie Polski jest zwykłym artefakem:
        books.google.pl/books?id=pQffKRi5DYIC&pg=PA219

        Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s