Opowieści grobu zbiorowego Understand article

Przetłumaczyła Katarzyna Badura. Archeologia i genetyka wspólnymi siłami starają się ujawnić co wywołało Czarną Śmierć.

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Spooky Pooka, Wellcome
images

Czarna Śmierć jest bez wątpienia jedną z najsławniejszych plag w historii świata. Panosząc się na terenach Azji i Europy w połowie czternastego wieku, w okresie zaledwie pięciu lat (1347–1351)w1 zdziesiątkowała ilość mieszkańców terenów miejskich niemalże o połowę. Olbrzymi bilans ofiar śmiertelnych miał długotrwały wpływ na europejską kulturę: spore braki ludności klasy chłopskiej zdestabilizowały system feudalny, torując drogę korzystniejszym systemom ekonomicznym. Niewiele później obywalete mogli posiadać własne ziemie i uprawiać swoje plony.

Wiele historycznych zapisów dokumentuje drogę Czarnej Śmierci przez średniowieczną Europę, a niektóre nawet zawierają graficzny opis makabrycznych objawów choroby. Znaczącą cechą “zarazy”, jak zwano to zjawisko wtedy, była pojedyncza, przypominająca kształtem jajo, opuchlizna znajdująca się gdzieś na ciele. Bazując na tym opisie, historycy medyczni wnioskują, że ta choroba stanowiła nietypowy wybuch epidemii dżumy, wywoływanej przez bakterięYersinia pestis. Zazwyczaj zaraza występuje u gryzoni, które przenoszą chorobę między sobą poprzez ugryzienia pcheł. Człowiek jest jednym z około 200 gatunków ssaków, podatnych na infekcje Y. pestis i w pewnych warunkach, których jeszcze nie do końca rozumiemy, choroba ta może byś przenoszona z gryzoni na człowieka. Na chwilę obecną rocznie odnotowywane jest ok 2000 infekcji bakteriami Y. pestis, ale jest to nieporównywalnie mniejsza skala zachorowań niż ta odnotowana w czasie Czarnej Śmierciw2.

Lekarz noszący ubiór
ochronny w czasie plagi.
Ludzie byli bowiem
przekonani, że choroba
rozprzestrzenia się przez
brudne powietrze.

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Wellcome Library, Londyn.

Pytanie dlaczego ludzie ulegli Czarnej Śmierci pozostaje wciąż bez odpowiedzi. W końcu szybka wizyta na stacji metra w dowolnym większym mieście dostarczy dowodów na to, że nie są one wolne od szczurów. Czy więc powodem był fakt, że ludzie żyli w warunkach bardziej sprzyjającym infekcjom bakteryjnym? Czy powód większej podatności ludzi średniowiecza na choroby bakteryjne ukryty jest w ich genach? Możliwe, że odpowiedzi dostarczą szkielety ludzi, którzy w czasie plagi Czarnej Śmierci zostali masowo pochowani w grobach zbiorowych w mieście Londynie.

Kopiąc głębiej

Czy byliście kiedyś na stacji metra Tower Hill w Londynie? Jeśli tak, to po przeciwnej stronie ulicy od miejsca gdzie staliście znajdowało sie historyczne cmentarzysko ofiar dżumy. W latach 1986-1988 archeolodzy z Muzeum Historii Miasta Londyn (Museum of London) znaleźli grób zbiorowy średniowiecznej plagi i wydobyli szkielety 600 osób (w ziemi znajduje się ich jeszcze około 2000!)w3.

Należę do grupy badaczy, którzy pobrali ze znalezionych szkieletów zęby w celu zbadania ich na obecność drobnych części DNA Y. pestis, które mogły się zachować zakopane przez okres 700 lat.

Zęby są najlepszą do badań częścią szkieletu, ponieważ twarde szkliwo zewnętrzne działa jak skorupka, zabezpieczając DNA wewnątrz zęba przez stulecia. Możecie pomyśleć o tej kombinacji archeologii i biologii molekularnej jak o obiektywie, który pozwala nam zajrzeć w przeszłość. Dzięki naukowemu rozwojowi ostatnich kilku lat możemy teraz łapać małe kawałki DNA historycznych chorób i analizować jak ich geny zmieniły się wraz z biegiem czasu. Następnie możemy te zmiany wykorzystać do określenia zmian, które zaszły w patogenach.

Ekstrakcja zęba

Po zebraniu zebów poddajemy je procesom chemicznym, w wyniku których izolujemy cząsteczki DNA z komórek, które udało nam się odzyskać. Niestety, proces ten wyodrębnia bezkrytycznie DNA ze wszystkich źródeł – roślin, człowieka, gleby, bakterii – i gdzieś w tej gigantycznej molekutarnej mieszaninie znajdują się malutkie elementy DNA historycznego patogenu. Problem polega na tym, żeby je znaleźć.

Struktura zęba. Twarda
powłoka szkliwa zęba
chroni DNA w miazdze
przez lata.

Zdjęcie dzięki uprzejmości
iStock

W celu wydobycia tych konkretnych fragmentów DNA wykorzystujemy proces zwany wychwytywaniem DNA. To coś podobnego do łowienia ryb, tyle tylko, że zamiast łapania ryb, łapiemy molekuły. Zaprojektowaliśmy haczyki, które pasują do elementów kodu genetycznegoY. pestis, którego szukamy i zaczęliśmy łowić w gigantycznej molekularnej mieszkaninie, wyciągając fragmenty, które się połączyły. Cały proces trwa około tygodnia i pod koniec otrzymujemy ilość płynu, rozmiarem odpowiadającą kropli deszczu, zawierającą (a przynajmniej taką mamy nadzieję) części kodu genetycznego historycznego patogenu, który wytrzymał kilka setek lat wewnątrz zęba.

Nie kończymy jednak z jednym długim łańcuchem DNA kodującym Y. Pestis. Zamiast tego otrzymujemy pęk malutkich fragmentów DNA. W takiej sytuacji możemy wykorzystać komputer (i specjalistę komputerowego!) do poskładania puzzli z powrotem, co w efekcie daje nam zrekonstuowany historyczny genotyp choroby. Nie martwcie się – to tylko plik w komputerze, nie w naszym labortatorium!

Wykopaliska grobów
zbiorowych.

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Muzeum Archeologicznego w
Londynie (Museum of London
Archaeology)

Posiadając plik ze zrekonstruowanym genomem, możemy porównać historyczną chorobę z wersją Y. pestis, która funcjonuje obecnie i sprawdzić czy wraz z upływem czasu pojawiły się jakieś zmiany. Co ciekawe, zauważyliśmy, że historyczna bakteria Y. pestis jest niemalże identyczna z formą, która funkcjonuje dzisiaj, a tego się nie spodziewaliśmy.

To oznacza, że historyczna choroba prawdopodobnie nie była bardziej agresywna od tej, której doświadczamy dzisiaj. Tak więc najprawdopodobniej to nie choroba, a ludzie sami w sobie się zmienili.

Możliwe, że żyjemy w warunkach, które pozwalają zapobiec infekcjom na tak dużą skalę jak plaga w średniowiecznej Europie, jednak bardziej intrygująca możliwość zakłada, że to nasze geny uległy zmianie, umożliwiając nam lepsze znoszenie niektórych chorób zakaźnych. Kolejnym krokiem będzie zbadanie historycznych szkieletow w celu sprawdzenia czy ich geny są inne od naszych. Najwyraźniej historyczne kości skrywają w sobie więcej tajemnic, a my posiadamy teraz zarówno wiedzę jak i doświadczenie by móc wykonać nasze dochodzenie!

Download

Download this article as a PDF

Web References

  • w1 – Interaktywna mapa obrazuje jak Czarna Śmierć rozprzestrzeniała się po Europie przez krótki okres kilku lat.
  • w2 – Portal Edukacyjny omawia mikrobiologię Yersinia pestis, załączając pliki wideo i quizy.
  • w3 – Możesz zdobyć więcej informacji na temat plagi w mieście z Muzeum Historii Miasta Londynu (Museum of London)

Resources

  • Gra Plague Inc., przygotowana przy współpracy z Wellcome Trust, jest połączeniem strategii i symulatora rzeczywistości dostępnym w wersji na telefon oraz PC. Wcielając się w rolę patogenu musisz się bezustannie rozwijać by ostatecznie stać się globalną plagą.
  • Plaga jest odzwierzęcą infekcją przenoszoną ze zwierząt na ludzi. Możesz dowiedzieć się więcej na temat czynników zakaźnych wracając do artykułu z numeru 27 Science in School.

Author(s)

Dr Kirsten Bos jest habilitowanym badaczem Instytutu Archeologii Biologicznej Uniwersytetu w Tubingen (University of Tubingen’s Institute for Biological Archeology), gdzie prowadzi badania nad genetyką historycznych chorób. Kirsten otrzymała tytuł doktora na Uniwersytecie McMaster (McMaster University) w Kanadzie za swoją pracę badawczą nad genetyką Czarnej Śmierci.


Review

Artykuł jest odpowiedni do interdyscyplinarnej nauki. Nauczyciele przedmiotów ścisłych mogą wykorzystać ten artykuł jako podstawę do projektu w dziedzinach takich jak biologia molekularna, biochemia DNA czy mikrobiologia, a nawet połączyć go z elementami bioinformatyki.

Artykuł można wykorzystać do rozpoczęcia z uczniami dyskusji na temat przekazywania, rozpowszechniania i rozwoju chorób zakaźnych takich jak Czarna Śmierć. Uczniowie zrozumieją intensywność badań prowadzonych nad poznaniem biologii Y. pestis i stopnia zakażenia tą bakterią każdego roku w Europie i na świecie, jak również będą mogli porównać te informacje z historią Czarnej Śmierci.

Artukuł może też być wykorzystany jako początek projektu analizy struktury ludzkiego zęba oraz możliwości jego wykorzystania do ekstrakcji DNA, jak również poznania technik wykorzystywanych do porównywania obecnych i historycznych fragmentów DNAY. pestis i innych bakterii z ludzkim DNA. Bardziej zajmującym zadaniem jest poproszenie uczniów by wysunęli kilka hipotez na temat przyszłości prowadzonych badań ze szczególnym naciskiem na ich użyteczność w naszym zrozumieniu zmian w niektórych z naszych genów.


Marina Minoli, Ekspert ds. Dydaktyki międzyuczelnianego projektu Active Science, Włochy (Agora University Active Science, Italy)




License

CC-BY-NC-ND