Alten Krankheiten mit modernen Methoden auf der Spur

Kulturelle Überlieferungen belegen, dass Krankheiten bereits sehr früh in der Geschichte der Menschheit als Begleiterscheinung auftreten. Eine Diagnose an den Überresten früher Menschen ist nur in wenigen Ausnahmefällen möglich. Moderne Methoden der molekularen Paläontologie eröffnen erste Zugänge zu frühen Krankheitsbildern. Im folgenden werden zwei Beispiele aus jüngsten Publikationen referiert, wobei es sehr interessant ist, dass die molekularen Spuren von bakteriellen Infektionen nur minimale genetische Abweichungen von gegenwärtigen Erregern zeigen, was angesichts der bekannten Veränderbarkeit von Mikroorganismen auffällig ist.

Hinweise auf Skorbut an alten Knochen. Krankheiten, die auch das Skelett in Mitleidenschaft ziehen und dort krankhafte Veränderungen hervorrufen, können im Sinne einer Paläopathologie auch an Fossilien diagnostisch erfasst werden. Skorbut, eine durch Mangel an Vitamin C verursachte Krankheit (Avitaminose), ist die am längsten bekannte Avitaminose, die vor allem in der frühen Seefahrt aufgetreten ist. Möglicherweise haben auch viele andere Menschen aus älteren Kulturen an Skorbut gelitten, nachdem verschiedene Getreidearten angebaut und weniger wilde Früchte (mit vergleichsweise hohem Gehalt an Vitamin C) verzehrt wurden.

Wie Travis (2008) von einer Tagung berichtet, hat H. Koon aus der Arbeitsgruppe von M. Collins (s. Binder 2007) mit modernen analytischen Methoden Collagen an fossilen Skeletten untersucht. Collagen ist das häufigste Protein im menschlichen Körper und maßgeblich am Aufbau von Knochen beteiligt. Das Protein besteht aus ca. 1000 Aminosäuren, wovon sich drei Polypeptide zu Mikrofasern helixartig verdrillen und durch Kooperation mit weiteren Mikrofasern die Hauptkomponenten des Bindegewebes und der Knochen darstellen.

Die Anlagerung verschiedener Mikrofasern beruht vor allem auf der Aminosäure Prolin, die teilweise mit einer Hydroxylgruppe (-OH) modifiziert wird. Nun zeigt sich, dass einige Proline regelmäßig hydroxyliert werden, wohingegen andere nur gelegentlich mit einer OH-Gruppe versehen werden.

H. Koon hat nun an Meerschweinchen, die mit einer Vitamin C-armen Diät ernährt wurden, zeigen können, dass Mangel an Vitamin C zu einer signifikant geringeren Hydroxylierung an Prolin in Collagen führt. Erste Studien an Skeletten von dänischen Walfängern aus dem 17. und 18. Jahrhundert zeigen tatsächlich einen geringeren Hydroxylierungsgrad an Prolin. Weitere Studien, auf die man gespannt sein darf, sind im Gange. Fragmente von Collagen wurden auch bereits aus sehr viel älteren Dinosaurier-Fossilien (Untere Kreide) nachgewiesen (Binder 2007), werden aber derzeit noch kontrovers diskutiert (Asara & Schweitzer 2008, Asara et al. 2008, Buckley et al. 2008, Organ et al. 2008, Prevzner et al. 2008). In diesen vergleichsweise jungen Proben scheinen die Resultate wirklich belastbar zu sein.

[Asara JM & Schweitzer MH (2008) Response to Comment on: Protein Sequneces from Mastodon and Tyrannosaurus rex revealed by mass spectrometry. Science 319, 33d; Asara JM, Schweitzer MH, Cantley LC & Cottrell JS (2008) Response to Comment on: Protein Sequneces from Mastodon and Tyrannosaurus rex revealed by mass spectrometry. Science 321, 1040c; Binder H (2007) Proteine aus einem fossilen Oberschenkelknochen von Tyrannosaurus rex. Online-Publikation: www.genesisnet.info (News vom 22. 5. 2007); Buckley M et al. (2008) Protein Sequences from Mastodon and Tyrannosaurus rex revealed by mass spectrometry. Science 319, 33c; Organ CL, Schweitzer MH, Zheng W, Freimark LM, Cantley LC & Asara JM (2008) Molecular phylogenetics of Mastodon and Tyrannosaurus rex. Science 320, 499; Prevzner PA & Kim S (2008) Comment on: Protein Sequneces from Mastodon and Tyrannosaurus rex revealed by mass spectrometry. Science 321, 1040b; Travis J (2008) Old bones reveal new signs of Scurvy. Meetingbriefs: Third International Symposium on Biomolecular Archeology. Science 322, 368-369.]

Tuberkulose im Neolithikum – ältester direkter Nachweis. Tuberkulose gehört zu den großen weltweit verbreiteten Krankheiten. Nach Schätzungen sind ca. 2 Milliarden Menschen, d.h. ca. ein Drittel der Weltbevölkerung mit Tuberkulosebakterien infiziert. Die Erfahrung, dass nur etwa 10% der infizierten Personen auch Krankheitssymptome zeigen, wird üblicherweise als ein Hinweis auf eine lange Koexistenz zwischen dem Menschen als Wirt und bakteriellen Krankheitserregern interpretiert. Tuberkulose wird hauptsächlich durch Mycobacterium tuberculosis, aber auch durch andere Vertreter des so genannten Mycobacterium tuberculosis-Komplexes ausgelöst.

Im Zusammenhang mit Tuberkulose treten charakteristische Veränderungen am Skelett und an der Knochenstruktur auf. Solche typischen Merkmale sind auch an fossilen Funden diagnostizierbar. Die bisher ältesten Nachweise, die zusätzlich auch durch DNA-Analysen abgesichert werden konnten, stammen von Fossilien aus dem Neolithikum aus Ägypten (3500-2650 Jahre v. Chr.) und Schweden (3200-2300 Jahre vor Chr.). Anhand von morphologischen Befunden diskutieren Kappelman et al. (2008) anhand von Homo erectus-Fossilien aus der Türkei Hinweise auf Tuberkulose vor 490.000-510.000 radiometrischen Jahren.

Hershkovitz et al. (2008) haben jetzt menschliche Fossilien untersucht, die aus einer der ältesten bekannten Siedlung mit Hinweisen auf Ackerbau und Viehzucht stammen (vorkeramisches Neolithikum C): aus Atlit-Yam, heute 300-350 m vor der Küste bei Atlit, ca. 10 km südlich von Haifa in 8-12 m Wassertiefe im östlichen Mittelmeer gelegen. Radiometrische Datierung von Proben (kalibrierte ¹⁴C-Datierung) ergaben ein Alter von 9250-8160 Jahren. Die Fossilien sind in dunklen Ton eingebettet und werden nach der Bergung und vor der analytischen Untersuchung in Frischwassertanks gelagert, um die Salze herauszulösen. Zur Untersuchung herangezogen wurden eine Frau und ein Säugling, die gemeinsam bestattet worden waren und beide paläopathologische Hinweise auf Tuberkulose (die wahrscheinliche Todesursache von Mutter und Kind) zeigen. Anhand von Skelett- und Zahnmerkmalen wurde das Alter des Kindes mit ca. 12 Monaten und das der Mutter mit ca. 25 Jahren bestimmt. Aus Proben aus den Rippen der Frau und den Langknochen des Kindes konnten DNA-Fragmente gefunden werden, die dem M. tuberculosis-Komplex zugeordnet werden können.

Darüber hinaus konnten typische Lipidkomponenten (Mykolsäuren sind typische Membranbestandteile von Mycobakterien) bzw. deren Verteilungsmuster (Fingerprint) nachgewiesen werden.

Diese Befunde bestätigen die lange Koexistenz von Pathogen (Krankheitserreger) und Wirt und ebenso, dass das M. tuberculosis über diesen Zeitraum seine typische genetische Signatur beibehalten hat. Interessant ist weiterhin, dass – obwohl die Autoren den ausgezeichneten Erhaltungszustand der Fossilien aufgrund günstiger Lagerungsbedingungen betonen – nur DNA-Fragmente der Mycobakterien mit einer Länge von 92-135 bp mit PCR nachgewiesen werden konnten, aber keine von menschlichen Mikrosatelliten-DNA (das sind kurze DNA-Sequenzen von 2-4 bp, die unterschiedlich oft – 10 bis 100 mal – wiederholt werden und in der Sequenzanalyse ein wichtiges Merkmal sind). Damit bestätigen diese Untersuchungen die umfangreichen Vorsichtsmaßnahmen beim Nachweis von menschlicher DNA aus älteren Proben. Die Autoren erklären die Fragmente mikrobieller DNA bei fehlender menschlicher DNA mit dem erhöhten GC-Gehalt der ersteren.

[Hershkovitz I, Donoghue HD, Minnikin DE, Besra GS, Lee OY-C, Gernaey AM, Galili E, Eshed V, Greenblatt CL, Lemma E, Bar-Gal GK & Spigelman M (2008) Detection and Molecular Characterization of 9000-Year-Old Mycobacterium tuberculosis from a Neolithic Settlement in the Eastern Mediterranean. PLoS ONE 3(10): e3426. doi:10.1371/journal.pone.0003426; Kappelman J, Alcicek MC, Kazanci N, Schultz M, Ozkul M & Sen S (2008) First Homo erectus from Turkey and implications for migrations into temperate Eurasia. Am. J. Phys. Anthropol. 135, 110-116.]

H. Binder