Erste Fall-Kontroll-Studie an mittelalterlichem Erbgut bietet neue Erkenntnisse über historische Epidemien und deren mögliche Auswirkungen auf heutige Entzündungskrankheiten
Lepra war bis ins späte Mittelalter weit verbreitet. Im 16. Jahrhundert verschwand die ansteckende Infektionskrankheit fast vollständig aus Europa, noch bevor Antibiotika für die medizinische Behandlung erfunden waren. Die genetische Ausstattung des Bakteriums Mycobacterium leprae änderte sich im Laufe der Zeit nicht wesentlich, stattdessen wird nun vermutet, dass sich das Genom von Europäerinnen und Europäern angepasst hat. Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Professor Ben Krause-Kyora vom Institut für Klinische Molekularbiologie (IKMB) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Unterstützt wurde das Forschungsprojekt insbesondere von der Graduiertenschule "Human Development in Landscapes" sowie dem Exzellenzcluster "Inflammation at Interfaces" (Entzündungsforschung). Ihre Erkenntnisse veröffentlichte die Forschungsgruppe, die auch aus Mitgliedern des Kiel Evolution Center (KEC) besteht, in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.
Weltweit erkranken jedes Jahr noch über 200.000 Menschen an der inzwischen heilbaren Krankheit, vor allem in Brasilien, Indien und Indonesien. Während der Epidemie im europäischen Mittelalter wurden Betroffene in Pflegeeinrichtungen isoliert und auf separaten Friedhöfen begraben. Die Knochen von 85 besonders schwerwiegenden Lepra-Fällen aus dem 12. und 13. Jahrhundert in Odense, Dänemark, dienten dem Forschungsteam als Ausgangsmaterial für die weltweit erste auf alter DNA (aDNA) basierende Fall-Kontroll-Studie. Ihre Proben verglichen sie mit Proben von 223 mittelalterlichen dänischen und norddeutschen Skeletten, die keine Spuren von Lepra aufwiesen. Professorin Almut Nebel (IKMB), Professor Jesper L. Boldsen von der Universität Süddänemark und Dr. Tobias Lenz vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön beteiligten sich maßgeblich an der Arbeit. Auch Wissenschaftler der Universität zu Köln waren Teil des Teams. Gemeinsam wollten sie herausfinden, wie die Krankheit aus Europa verschwand und wie sich diese Entwicklung genetisch auf uns auswirkte.
Anders als in der modernen Genetik gibt es für die Untersuchung von aDNA keine automatisierten Methoden. Um das Archivmaterial aus Ausgrabungen zu untersuchen, war also "Handarbeit" gefragt, wie Krause-Kyora berichtet. Die Forschenden befreiten die Proben aus Odense und vom Landesmuseum Schloss Gottorf zunächst von jeglichen Verunreinigungen. Etwa 50 bis 100 Milligramm Material von Zähnen und Schädelknochen wurden anschließend im Labor für Alte DNA analysiert. In den Zähnen fanden die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen bis zu fünf Prozent menschlicher DNA, die pathogene Lepra-DNA lag sogar nur im Promillebereich vor. „Dies ist tatsächlich eine ordentliche Ausbeute. Wir hatten eine hohe Erfolgsquote, weil das Material sehr gut erhalten ist“, freut sich Krause-Kyora, der als aDNA-Experte auch Mitantragsteller beim Verbundprojekt ROOTS der aktuellen Exzellenzstrategie der CAU ist.
Ihre Analysen zeigen, dass eine bestimmte Variante des Immun-Gens HLA- DRB1 die Menschen anfälliger für Lepra machte. Dadurch, dass die Menschen isoliert wurden und aufgrund der Erkrankung keine Nachkommen bekommen konnten, gaben sie diesen Risikofaktor nicht weiter. "Die Anpassung des Menschen an dieses Bakterium über Jahrhunderte könnte dazu geführt haben, dass die Krankheit langsam verschwand", erklärt Krause-Kyora. "Dies spricht dafür, dass die Lepra und auch andere Epidemien der Vergangenheit die heutige Zusammensetzung unseres Genoms nachhaltig beeinflussten."
Die HLA-Variante wird heute mit dem Auftreten von Entzündungskrankheiten in Verbindung gesetzt, wie Sarkoidose, Colitis ulcerosa, Multiple Sklerose oder auch Typ 1 Diabetes. Das HLA-Antigen führt unter anderem zur Erkennung von Bakterien und löst eine gezielte Immunreaktion des Körpers aus. Besonders schlecht gelingt diese Aufgabe der identifizierten HLA-Variante beim Leprabakterium. Somit kommt es möglicherweise zu einer weniger erfolgreichen Immunreaktion. "Neben der Genetik spielen auch Umweltfaktoren eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Erkrankungen", sagt Krause-Kyora. "Dennoch ist die Erforschung von historischen Krankheitsursachen entscheidend, um die Wechselwirkungen zwischen Krankheitserregern und Mensch, und die daraus resultierenden Veränderungen in unserem Genom über die Zeit, zu verstehen. Hierbei stellt unsere Studie einen enormen Fortschritt dar", ergänzt Lenz, Leiter der Forschungsgruppe Evolutionäre Immungenomik am MPI für Evolutionsbiologie in Plön. Die Untersuchung von weiteren Genen des Menschen sei erforderlich.
Schon jetzt konnte das Team zehn komplette Lepra-Genome sequenzieren, die belegen, dass die Diversität des Bakteriums in Odense sehr hoch war. Das heißt, dass mit infizierten Trägern nicht nur ein Bakterienstamm nach Dänemark gelangt ist, sondern mehrere aus unterschiedlichen Gegenden. "Eine große Überraschung", wie Krause-Kyora betont, denn bisher wussten sie nur von einem Bakterienstamm in der Region. In Zukunft möchte das Team weitere Erkrankungen des Mittelalters in verschiedenen Bevölkerungsgruppen erforschen und dadurch verfolgen, wie sich das Erbgut von Europäerinnen und Europäern verändert hat.