JOŠ UVIJEK NE ZNAMO ZAŠTO JE KUGA U SREDNJEM VIJEKU BILA MASOVNI UBOJICA
Nove su tehnologije omogućile da utvrdimo kad su se pojavile pojedine bolesti, koliko je neka bakterija mutirala do modernog doba, kako se razvijala i jesu li nastale promjene koje bi bile pogubne za čovječanstvo
Na Institutu Max Planck za znanost ljudske povijesti dr. Kirsten Bos traži odgovore o promjenama zaraznih bolesti tijekom povijesti
Dvadeset drugi Europski kongres Paleopatološkog društva u organizaciji Instituta za antropologiju, koji se održava svake druge godine, okupio je respektabilnu skupinu vrhunskih znanstvenika iz tog relativno novog, ali zato iznimno važnog znanstvenog područja. Među 200 sudionika iz čak 30 zemalja bila je i dr. sc. Kirsten Bos, voditeljica istraživačke grupe za molekularnu paleopatologiju na Institutu Max Planck za znanost ljudske povijesti u njemačkom gradu Jeni. Tamo se bavi traženjem odgovora na pitanja o promjenama zaraznih bolesti tijekom povijesti te njihovim posljedicama i na Starom kontinentu, ali i nakon kontakta Europljana s Novim svijetom. Kanadska je znanstvenica i dobitnica europskog ERC granta od milijun i pol eura. – Tražimo tragove patogena u kostima i zubima, možemo ih otkriti novim modernim sekvencerima i na taj način rekonstruirati cijeli genom. To je nešto što možemo tek deset godina, riječ je o prilično novom načinu znanstvenog istraživanja. Moguće je danas takvom analizom zapravo raditi više istraživanja na jednom uzorku – bio je odgovor dr. Bos na pitanje što točno podrazumijeva njezino istraživanje.
Kako je počeo vaš put u istraživanje najopasnijih bolesti u povijesti?
Obrazovanje sam kompletirala u Kanadi, ali tijekom doktorskog studija radila sam na ostacima iz muzeja u Londonu koji su potjecali iz masovnih grobnica u koje su pokopane osobe koje su umrle u razdoblju epidemije crne smrti. Zadatak je bio pronaći patogen, a onda rekonstruirati njegov genom. To je bilo prvi put da je netko pokušao rekonstruirati genom bakterije. Trebale su nam godine kako bismo rekonstruirali samo dio tog genoma. Za neovisne potvrde našeg istraživanja povezali smo se i s Institutom Max Planck pa sam otišla u Njemačku jer su tamo pomislili da se iz postojećeg materijala može napraviti i puno više. Uspjeli smo kompletirati genom, i to za relativno malo vremena. Tako sam doktorat završila kod dr. Johannesa Krausea. U daljem radu uspjeli smo izolirati i drevni genom bacila tuberkuloze iz Novog svijeta, a riječ je o jednoj od bolesti za koju se zna da su je na nove kontinente donijeli Europljani. Ali, kada se pogledaju ostaci stariji od tog perioda također se može pronaći fizički dokaz tuberkuloze. Nismo znali što je ta bolest bila, je li doista tuberkuloza ili nešto jako slično toj bolesti. Utvrdili smo da je to doista bila tuberkuloza, no ona njezina vari-
janta kojoj mogu podleći i tuljani te morski lavovi. Tako da doista nije riječ o isključivo ljudskoj bolesti, nego o sasvim drugačijoj varijanti koja je zamijenjena dolaskom Europljana.
Kako znamo na tim drevnim ostacima da se radi baš o, primjerice, tuberkulozi?
Tuberkulozu možemo prepoznati jer izaziva promjene na kostima, pogrbite se jer se neke kosti u kičmi naprosto slome pa se ona iskrivi. Tako smo iskrivljene kralježnice prepoznali i u Novom svijetu iz doba prije nego što se znalo što je ta bolest. Riječ je o varijanti koju prenose tuljani i morski lavovi. Danas znamo da se tuberkuloza razvila u Africi, prije pet ili šest tisuća godina, dakle to nije neka stara bolest. Moguće je da je bilo nekih varijanti koje je ova današnja tuberkuloza zamijenila, no šest tisuća godina najstarije je što danas znamo. U Novom svijetu najprije su je dobili ljudi na obalama koji su jeli zaraženo meso tuljana ili morskih lavova, tu varijantu tuberkuloze vidimo u mnogim područjima Perua. Sada istražujemo je li se ta bolest uhvatila na ljude, je li bila zaraznom. Za sada vjerujemo da jest jer se bolest pojavljivala i u unutrašnjosti Perua.
Koristite se i najnovijom tehnologijom. O kakvim je točno tehnologijama riječ?
Koristimo Iluminu, koja nam omogućuje da sekvenciramo milijarde fragmenata odjednom. Dio se tih uzoraka onda uspoređuju s drugim uzorcima, možemo ih računalom sklopiti natrag u jedan genom. No, tehnologija pruža podatke, a na znanstveniku je da sklopi genom. Kada dobijemo te DNK sekvence, tada poput puzzlea nastojimo sklopiti genom koristeći se modernim genomom kao modelom. Ponekada se drevni genom ne poklapa u cijelosti s modernim, pa se ne radi svaki put o omjeru 1:1, no uspijevamo u 90 posto jer je svaka pozicija pokrivena s barem pet DNK sekvenci pa možemo biti sigurni u to koje je promjene izazvao patogen u tom starom genomu. Nije to tako jednostavno kada to ovako kažemo jer drevni su genomi zapravo okolišni, stotine i stotine godina obitavaju u tlu i poprimaju njegove osobine, tako da se zapravo realno radi o traženju igle u plastu sijena. Jer tražimo samo ostatke ljudskog ili bakterijskog genoma.
Što se postiže takvim istraživanjem?
Možemo time napraviti nekoliko stvari, a to je provjeriti filogeografiju bolesti, dakle gdje je i kada postojala u prošlosti, na taj način možemo utvrditi njezino kretanje u vremenu i prostoru, gdje se prvi puta pojavila. Drevni genomi se koriste i kao početne točke za usporedbu koliko je tamo prisutna bakterija mutirala do modernog doba, kada su te mutacije nastupile. Jesu li se pojedine bolesti razvile već u neolitiku ili prije nekoliko stotina tisuća godina, ili možda prije milijuna godina. Utvrđuje se i koliko brzo se taj patogen razvijao, kada se pojavio u ljudskoj populaciji, koliko prirodne varijacije je prisutno u njemu. Vidimo li na njemu neke promjene koje bi bile pogubne za čovječanstvo? A znamo da su bakterijski patogeni bili odgovorni za velike pandemije u povijesti, važno je razumjeti genetske varijacije koje su postojale u ta vremena.
Postoje li u takvom pristupu i neka ograničenja?
Ograničenje je to što možemo tražiti samo one patogene koji su danas prisutni, one za koje znamo da postoje. Jer ima toliko bakterija koje još nisu prepoznate. Ako nemamo nešto da usporedimo, onda ih nećemo primijetiti, tako da tražimo samo ono za što znamo. Nadamo se da ćemo to moći u nekoj bližoj budućnosti kada se dovoljno razviju analitičke metode. Što je s tim smrtonosnim bolestima, neke kao da su nestale, druge se vraćaju?
Kuga i dalje postoji, izaziva i dalje smrtonosne epidemije, primjerice na Madagaskaru gdje takvo što upravo traje. Više je nema u Europi, ali ne znamo zbog čega. Tisućama je godina bila prisutna ovdje, imamo tragove čak u razdoblju neolitika, za što nismo znali do sada. Mislili smo da se prvi put pojavila za Justinijana 541. godine; to je prvi zapis o njoj. No, pronašli smo ostatke kostiju koji su znatno stariji, a imaju kugu. Nemamo povijesnih ili arheoloških dokaza ali imamo genetske. Možemo pokazati veliki broj osoba koji su patili od kuge pri čemu je široka rasprostranjenost na azijskom kontinentu. Kuga je ovdje jako, jako dugo, no više je nema. Zašto? Možda se bakterija promijenila pa je zbog toga nestala. Ali, tu su promjene i kod prenositelja, poput glodavaca, promjene u ljudskoj industrijskoj eri, sve to utječe.
Zbog čega je kuga tako masovno ubijala u srednjem vijeku?
Pitanje je to za milijun dolara. Uspjeli smo izolirati nekoliko genoma Yersinia pestis bakterije, i to iz različitih perioda na tlu Europe, kao i u vrijeme druge pandemije. Jedan je i genom crne smrti iz 1347., koja je trajala do sredine 18. stoljeća. Vidjeli smo da nekih sojeva te bakterije više nema, danas ne postoje u bilo kojoj modernoj populaciji. Genetske promjene koje smo opazili nisu nužno povezane sa zaraznošću tako da ne možemo sa sigurnošću reći da je taj patogen bio smrtonosniji tada od onih koji kruže danas. Zašto je ubio toliko ljudi i zašto se kretao tako brzo, pitanja su na koja još ne možemo odgovoriti. Barem ne proučavanjem genetike, nego se taj odgovor mora tražiti i u drugim disciplinama. Činjenica je kako se kuga u starija vremena kretala mnogo brže nego što je to slučaj danas.
Zašto su tada ljudi imali tako slabu otpornost u odnosu na današnje ljude?
Imamo imunogene koji daju jedan nivo zaštite od zaraznih bolesti, to je zapravo jedno od najpromjenjivijih područja ljudskog genoma. Postoji visok stupanj mutacije kod tih imunogena pa je jako važno da shvatimo što je izazvalo evoluciju u njima. Naši se geni stalno mijenjaju kao odgovor na izloženost različitim bolestima. Ljudski se DNK prilagođava, ali istraživanje takvih promjena na drevnim genomima je nešto što nas tek čeka.
Dobili ste i europski ERC grant. Na što će ići taj novac?
ERC financiranje je sjajna prilika za znanstvenika. Europa je jako darežljiva, nije nimalo lako dobiti takav novac u Kanadi iako se tamo puno ulaže u znanost. Tako ću sigurno ostati još pet godina u Njemačkoj i baviti se istraživanjima. Bavit ćemo se kretanjima bolesti u usporedbi s povećanim kretanjem ljudi u vrijeme osvajanja novih svjetova. Koje su bolesti već bile tamo prisutne, a koje su se pojavile nakon kontakta s Europljanima. Isto tako bolesti sasvim sigurno nisu pogađale samostalno, nego su cirkulirale zajedno, pri čemu bi se jedna od njih i uhvatila. Sada možemo istraživanjem potvrđivati i takve teorije.