Genetische Veranlagung für Lepra bei Europäerinnen und Europäern identifiziert

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 hat sich wohl das Genom von Europäerinnen und Europäern angepasst. Das legen die Ergebnisse einer Studie nahe, die jetzt in der Zeitschrift Nature Communications erschienen ist.

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Mittelalterlicher Schädel
Das Forschungsteam untersuchte mittelalterliche aDNA aus Zähnen und Felsenbein, dem härtesten Knochen des Schädels. Foto/Copyright: Dorthe Pedersen

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  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. Das internationale Forschungsteam unter Leitung von Professor Ben Krause-Kyora vom Institut für Klinische Molekularbiologie (IKMB) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) wollte 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.

Publikation

Ben Krause-Kyora et al.

Ancient DNA study reveals HLA susceptibility locus for leprosy in medieval Europeans

Nature Communications. 2018
DOI: 10.1038/s41467-018-03857-x

Lepröse Fußknochen
Lepra ist eine Infektion, die in die Nervenzellen wandert und in den peripheren Nervenbahnen das Absterben von Nervenbahnen verursacht. Entzündungen lassen infolgedessen beispielsweise Finger oder Zehen abfaulen. Foto/Copyright: Dorthe Pedersen

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