Alte Pocken-DNA aus Chile enthüllt ausgestorbene europäische Viruslinie

Ein Mann und eine Frau, die in der chilenischen Wüste bestattet worden waren, trugen bei ihrem Tod irgendwann zwischen 1492 und 1631 die Pocken.

Das Virus gehörte zu einer europäischen Linie, deren nächstbekannte Verwandte im Mittelalter in Europa zirkulierten. Diese Viruslinie ist inzwischen ausgestorben.

Der Fund ist das erste Mal, dass Forschende aus menschlichen Überresten in Amerika alte Pockengenome gewonnen haben.

Shigeki Nakagome von der School of Medicine des Trinity College Dublin und Constanza de la Fuente Castro von der Universidad de Chile konzipierten die Untersuchung gemeinsam.

Bruno Romero González, Doktorand in Dublin, führte die Analyse zusammen mit drei Kolleginnen und Kollegen durch.

„Alte DNA ermöglicht es uns, Ereignisse unmittelbar zu beobachten, die zuvor nur aus historischen Aufzeichnungen bekannt waren“, sagte Nakagome gegenüber Earth.com.

Pocken-DNA in zwei Oberschenkelknochen

Das Team untersuchte 13 Knochenproben von einem Fundort namens Camarones 9 im Norden Chiles. In zwei Proben wurde Pockenvirus nachgewiesen; beide bestanden aus Fragmenten von Oberschenkelknochen.

Ursprünglich hatten die Forschenden die Knochen beprobt, um menschliche DNA zu gewinnen. Das Virus wurde unerwartet im selben Material entdeckt.

Bei den infizierten Personen handelte es sich um eine 30- bis 35-jährige Frau und einen 18- bis 20-jährigen Mann.

Das Virus der Frau wurde mit einer durchschnittlichen Sequenziertiefe von etwa 85-fach analysiert, was für die Rekonstruktion fast des gesamten Genoms ausreichte. Beim Virus des Mannes lag die durchschnittliche Sequenziertiefe bei weniger als dem Dreifachen.

Trotzdem waren die beiden Viren zu 99,9 Prozent identisch. Das deutet darauf hin, dass in der Gemeinschaft nur ein Stamm und nicht zwei verschiedene Stämme zirkulierte.

Genetisch lassen sich beide Personen heutigen indigenen Bevölkerungsgruppen Amerikas zuordnen; bei keiner von ihnen fand das Team Hinweise auf europäische Abstammung.

Unabhängig davon, welchen Weg das Virus nach Süden genommen hatte, zirkulierte es offenbar bereits unter indigenen Menschen, als sich diese beiden Personen infizierten.

Hautflecken, die zuvor Arsen zugeschrieben wurden

Die Verstorbenen von Camarones 9 trockneten in der Wüstenluft auf natürliche Weise aus und wurden in Bündel gehüllt beigesetzt.

Der Fundort stammt aus der Inkazeit, ungefähr von 1400 bis 1536, enthält jedoch auch archäologische Hinweise auf europäischen Kontakt.

Einige der dortigen Mumien weisen kleine Hautflecken auf, die jeweils nicht größer als etwa 5 mm sind und überwiegend am Rumpf vorkommen.

Forschende hatten diese Flecken mit Arsen in Verbindung gebracht, das in diesem Teil Nordchiles häufig vorkommt und sich in den Körpern der dort Bestatteten anreichert.

Nakagomes Team vermied es, die Flecken eindeutig als Pockennarben zu bezeichnen. Nach Einschätzung der Forschenden lebten die Menschen in Camarones 9 vermutlich sowohl mit der Arsenbelastung als auch mit der Krankheit.

Pocken hinterlassen nur selten Spuren an Knochen, und bevor die DNA-Ergebnisse vorlagen, hatte niemand diese Überreste auf Anzeichen der Krankheit untersucht.

Bernardo Arriaza von der Universidad de Tarapacá war für die archäologischen Arbeiten zuständig. Die Überreste befinden sich im Museo Arqueológico San Miguel de Azapa im Tal außerhalb von Arica.

Ein Pocken-Zweig ohne Nachkommen

Schriftliche Quellen belegen, dass die Pocken 1518 die Karibik erreichten, 1520 Mexiko und bis 1525 den Nordrand des Inkareichs. Wann die Krankheit erstmals nach Chile gelangte, ist weniger eindeutig.

Historikerinnen und Historiker konnten die Epidemien von 1554 bis 1556 nie abschließend mit Pocken verknüpfen. Der erste bestätigte Nachweis der Krankheit in Nordchile stammt aus dem Jahr 1561.

In den darauffolgenden Jahrhunderten kehrten die Pocken in wiederholten Wellen zurück und töteten letztlich schätzungsweise 3 bis 4 Millionen Menschen in ganz Amerika.

Um das chilenische Virus im Stammbaum der Pocken einzuordnen, verglich Romero González es mit 71 modernen Genomen sowie den wenigen bislang gewonnenen alten Genomen.

Fünf dieser alten Genome stammten von Menschen, die im frühen Mittelalter, einschließlich der Wikingerzeit, in Nordeuropa lebten.

Ein Genom kam von der Mumie eines litauischen Kindes aus dem 17. Jahrhundert, ein weiteres aus England des 18. Jahrhunderts.

Der chilenische Stamm nimmt im Stammbaum der Pocken einen eigenen Zweig ein: zwischen den mittelalterlichen europäischen Viren und der Linie, zu der alle später beprobten Stämme gehören.

Er trennte sich um 1296 von jener Linie ab, aus der alle später beprobten Pockenstämme hervorgingen; die Schätzungen reichen von 1124 bis 1460.

Kein Pockenstamm, der bis ins 20. Jahrhundert überlebte, ging aus diesem Zweig hervor.

Die Pocken-Evolution verlangsamte sich 200 Jahre lang

Über die Jahrhunderte verlor das Pockengenom nach und nach funktionsfähige Gene, ungefähr ein oder zwei pro Jahrhundert.

Viele dieser Gene unterstützen Pockenviren dabei, andere Tiere als Menschen zu infizieren. Wenn sich das Virus an einen einzigen Wirt anpasst, werden sie daher häufig überflüssig.

Das Virus der Frau enthielt 49 inaktivierte Gene. Zwei dieser Inaktivierungen wurden in keinem anderen sequenzierten Pockengenom beobachtet.

Danach scheint dieser Prozess zum Stillstand gekommen zu sein. Zwischen etwa 1551 und 1631 inaktivierten die Pocken offenbar dauerhaft keine weiteren Gene.

Zwischen ungefähr 1594 und 1794 veränderte sich die Pocken-DNA langsamer als in jedem anderen vom Team gemessenen Zeitraum.

Mutationen, die das daraus entstehende Protein unverändert ließen, häuften sich 3,1- bis 3,8-mal langsamer an als in anderen Zeiträumen. Mutationen, die ein Protein veränderten, sammelten sich 1,6- bis 2,2-mal langsamer an.

Lara Cassidy vom Smurfit Institute of Genetics des Trinity College interpretiert dies als Hinweis darauf, dass die Pocken bereits stark an den Menschen angepasst waren und sich in Bevölkerungen ohne Immunität ausbreiteten.

Anschließend begann sich das Virus wieder annähernd mit seiner früheren Geschwindigkeit zu verändern.

Diese Beschleunigung fiel mit der zunehmenden Anwendung der Pockenimpfung zusammen, wobei die Studie nicht belegt, dass die Impfung sie verursacht hat.

Auf die Frage von Earth.com, was ihn am meisten überrascht habe, verwies Nakagome auf den zeitlichen Zusammenhang.

„Obwohl wir nicht sagen können, dass diese Ereignisse ursächlich miteinander verbunden sind, ist der zeitliche Zusammenhang bemerkenswert und legt nahe, dass große Veränderungen in menschlichen Populationen und der Krankheitsübertragung beeinflusst haben könnten, wie sich das Virus entwickelte“, sagte er in einem Interview mit Earth.com.

Die Suche nach den fehlenden Pockengenomen

Die gesamte Stichprobe besteht hier aus zwei Körpern, die beide von einem einzigen Fundort stammen.

Aus der Alten Welt außerhalb Nordeuropas konnten Forschende bislang noch kein altes Pockengenom gewinnen.

Die vorliegenden Befunde ordnen den chilenischen Stamm daher in das breitere Spektrum älterer europäischer Viren ein, können seine genaue Herkunft jedoch nicht bestimmen.

Auch der Vorfahr aller bekannten Pockenstämme des 20. Jahrhunderts könnte in diesem Zeitraum nach Amerika gelangt sein. Zwei Personen von einem Fundort können diese Möglichkeit nicht klären.

Alte Pockengenome fehlen zudem weiterhin aus der Karibik, aus Mexiko und vom Nordrand des Inkareichs, wo schriftliche Berichte die Krankheit bereits Jahrzehnte früher verorten.

Nakagome erwartet, dass sich dies mit der zunehmenden Zahl verfügbarer Genome ändern wird.

„Wenn mehr alte Pathogengenome aus verschiedenen Regionen und Zeiträumen verfügbar werden, werden wir mit beispielloser Detailgenauigkeit nachvollziehen können, wie Krankheiten entstanden, sich ausbreiteten und sich an veränderte menschliche Populationen anpassten“, sagte er.

Die vollständige Studie wurde in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.