Fandt DNA fra verdens hidtil ældste virus hos mennesker - det sad i to 31.600 år gamle mælketænder fra Sibirien
Forskere fra Københavns Universitet har spillet en nøglerolle i arbejdet med at sammenstykke det stærkt sønderbrudte virus-DNA. Det virus, der er tale om, kan have 700.000 år på bagen. Og det gør den dag i dag mennesker syge.
Når forskere står med en rigtig slambert af et virus, der kan gøre mennesker syge - fx covid - er der mange ting, de gerne vil have rede på. Ikke mindst:
Hvor det kommer det fra? Hvor længe det må antages at have været undervejs? Og hvornår angreb det første gang mennesker?
Kan forskerne blive klogere på det, har de fat i noget, som i sidste ende kan lede til en større forståelse af, hvordan dette virus fungerer og angriber. Hvilket igen kan give gode ideer til, hvordan man muligvis kan bremse den skadevoldende mikroorganismes hærgen blandt mennesker.
Men det er et svært opklaringsarbejde, for hvis man forsøger at følge et virus bagud i tid, forsvinder sporet hurtigt, fordi DNA naturligt nedbrydes.
Når man taler om at spore gammelt DNA fra virus, bakterier eller andre sygdomsfremkaldende mikroorganismer i humane prøver – fx i væv, hår eller blod – vil forskerne derfor som hovedregel kun kunne gå en begrænset tid tilbage, i mange tilfælde mindre end 100 år. For jo ældre prøven er, desto kraftigere vil det DNA fra sygdomsfremkaldende mikroorganismer, den i sin tid indeholdt, typisk være nedbrudt. Især hvis materialet har ligget varmt og fugtigt.
Der er dog undtagelser. Herunder i nogen udstrækning knogler, samt ikke mindst tænder - som i visse tilfælde kan bevare analyserbart virus- og bakterie-DNA i endog meget lang tid, fordi emaljen fungerer som et beskyttende låg mod tidens tand.
Og netop tænder, to mælketænder, har nu leveret en ny verdensrekord:
De viste sig at gemme på DNA fra et sygdomsfremkaldende virus, som for 31.600 år siden var sprællevende og kunne angribe mennesker. Den hidtidige rekord for analyserbart DNA fra en mikroorganisme, der kan fremkalde sygdom hos mennesker, gik ’blot’ cirka 10.500 år tilbage; det var DNA fra hepatitis B, som blev registreret i to stenalderskeletter: et fra Rusland og et fra Belgien.
Opdagelsen af den 31.600 år gamle virus fra Sibirien er offentliggjort på den videnskabelige portal ’bioRxiv’, og bag projektet står en gruppe forskere fra Danmark, Rusland, Australien, Storbritannien og Sverige.
Hele udredningen – i virkeligheden et kæmpe puslespil med ultrasmå, stærkt fragmenterede DNA-brikker – har været ledet af forskere fra Lundbeck Foundation GeoGenetics Center på Københavns Universitet (KU).
Mælketænderne
Historien om det 31.600 år gamle virus begyndte i 2017, da Sofie Holtsmark Nielsen skulle skrive sin Ph.d.-afhandling.
Hun er bioinformatiker, hun var på daværende tidspunkt ansat ved Lundbeck Foundation Geogenetics Center – og i samråd med sin vejleder, lektor Martin Sikora, besluttede hun sig for at se nærmere på resultaterne af allerede gennemførte analyser af flere tusinde prøver af gammelt humant DNA, der opbevares i særlige frysere på KU.
Tanken var, at hun skulle kigge efter DNA-profiler fra mikrober i prøveudskrifterne fra disse mange undersøgelser - og det gik hun i gang med:
Én efter én sammenlignede hun udskrifterne med kendte DNA-profiler fra en lang række mikroorganismer, der kan gøre mennesker syge - for at se, om de var til stede i prøverne.
”Det var et meget omfattende arbejde, men da jeg nåede frem til to mælketænder, som nogle år tidligere var fundet i en arkæologisk udgravning af en boplads ved Yana-floden i det nordlige Sibirien, var der virkelig bingo”, fortæller Sofie Holtsmark Nielsen.
Yana-udgravningen bragte en lang række kulturgenstande for dagen, bl.a. smukt forarbejdede redskaber af horn fra byttedyr. Og da fundstedets ældste lag blev dateret, kunne man se, at her levede mennesker for 31.600 år siden – og at de ernærede sig ved blandt andet at jage uldhåret mammut og de arter af næsehorn, som dengang var en del af faunaen i Sibirien.
Et folk, der byggede huse af stødtænder fra uldhåret mammut og lavede smukke redskaber, er pludselig dukket op. DNA fra dette folk kommer også til at indgå i en undersøgelse af genetikken bag hjernesygdomme og psykiske lidelser.
I dette ældste Yana-lag – der havde været beskyttet af permafrost - lå de eneste prøver med et indhold af humant DNA, udgravningen rummede: Tre mælketænder, hvoraf forskerne på KU senere fik stillet to til rådighed.
Disse to tænder, der var uden rod, viste sig at stamme fra to drenge – og DNA’et var så velbevaret, at forskerne kunne få et totalt billede af begge drenges arvemasse.
I forbindelse med de mange DNA-undersøgelser, forskerne på KU gennemførte, blev tænderne med overlæg kvast og delvis pulveriseret – og herefter blev alt det DNA, de indeholdt, registreret i en såkaldt sekventeringsproces.
”På den måde finder man personens eget DNA, men også alt det andet DNA fra fx bakterier og vira, som i sin tid blev indkapslet i kalkaflejringer på tanden eller blev ført til tanden via personens blodbane”, forklarer lektor Martin Sikora, der har ledet den undersøgelse, som nu er offentliggjort via ’bioRxiv’.
Og det var netop virus-DNA, Sofie Holtsmark-Nielsen opdagede, da hun kiggede nærmere på prøveudskrifterne fra de to mælketænder: Human adenovirusC (af typerne HAdV-C1 og HAdV-C2).
Human adenovirusC er i dag meget hyppig. Smittes man med den, sker det typisk i de tidlige leveår, og den kan blandt andet give luftvejsinfektioner hos små børn.
Da det stod klart, at der var tale om human adenovirusC i de gamle prøver, blev næste spørgsmål: Hvor tæt er de to gamle varianter rent genetisk på de nutidige?
For at besvare det spørgsmål, var det nødvendigt at rekonstruere den genetiske sammensætning af de to gamle varianter af adenovirus, der i form af myriader af små ’DNA-puslespilsbrikker’ lå spredt i massen af nærmest pulveriserede mælketænder.
Slutmålet var at sammenstykke fulde genomer, hele arvemassen, af de gamle adenovira – for derefter at foretage en sammenligning med de nutidige versioner af disse vira.
Fra neanderthalerne?
Det lykkedes i tilstrækkeligt omfang, og noget overraskende viste sammenligningen, at de gamle prøver fra Sibirien og de nutidige versioner af human adenovirusC i høj grad ligner hinanden, fortæller Sofie Holtsmark Nielsen:
”Adenovirus blev første gang isoleret i 1953, så de ældste prøver af moderne versioner af virusset går kun cirka 70 år tilbage. Når man ser på de mutationer, virusset har gennemgået i denne korte periode, vil den umiddelbare antagelse være, at vi har at gøre med et ungt virus. Men det er det altså ikke”.
De 31.600 år gamle prøver fra Sibirien stammer fra den geologiske periode pleistocæn. Denne periode strækker sig fra 2,6 millioner år før nu til slutningen af den sidste istid for cirka 11.500 år siden – hvor den nuværende periode, holocæn, begyndte.
Hvor gammel human adenovirusC er, har forskergruppen bag den videnskabelige artikel søgt at anslå via en avanceret matematisk model, der kan skabe et fylogenetisk træ - et såkaldt udviklingstræ. Beregningen viser, at adenovirus kan have op til 700.000 år på bagen – og at det i så fald kan være opstået blandt nogle af de tidlige forfædre på menneskelinjen.
”Man kan godt forestille sig, at det moderne menneske – homo sapiens – oprindelig har fået human adenovirusC fra neanderthalerne. For man ved, at der har været gen-deling mellem homo sapiens og neanderthalerne for cirka 70.000 år siden”, siger Sofie Holtsmark Nielsen.
Der findes en række forskellige adenovira.
Nogle angriber dyr, andre angriber mennesker.
Adenovirus blev første gang isoleret i 1953, og har siden været studeret meget intensivt.
Adenovirus bruges i dag til nogle vacciner, som såkaldt vektor. Det vil sige som en slags ’lastbil’, der kan bringe vaccine frem. Det gør sig også gældende for visse COVID-19 vacciner, heriblandt vaccinen fra Astra Zeneca. Det er dog ikke tilfældet for vaccinerne fra Pfizer og Moderna, som danske sundhedsmyndigheder har valgt at give til befolkningen. Den version af adenovirus, der bruges som vektor i COVID-19 vacciner, er ikke identisk med de adeno-typer, der blev fundet i de gamle mælketænder i Sibirien.
Adenovirus bruges også som vektor i forbindelse med genterapi – for at sætte bestemte egenskaber ind i celler.
Endelig bruges Adenovirus også som forskningsværktøj, når der skal gennemføres forsøg, der involverer genetisk manipulation.