本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
席卷中世纪欧洲的鼠疫细菌在一个多月前被宣布灭绝。快速的谷歌搜索显示,文章标题诸如“中世纪鼠疫细菌菌株可能已灭绝”和“黑死病菌株已灭绝”。很少有作者提到他们报道的原始研究首先是一篇技术论文,而不是对中世纪鼠疫演变的全面调查。
具有讽刺意味的是,上周发表的一项研究表明,黑死病远未灭绝。恰恰相反。每年仍然感染数千人的鼠疫细菌,其祖先可以追溯到十四世纪的瘟疫。有趣的是,这项新研究是由与八月份发表另一项瘟疫研究的同一批科学家进行的,那么这里发生了什么?
在他们的第一篇论文中,由约翰内斯·克劳泽 (Johannes Krause) 和 亨德里克·波伊纳 (Hendrik Poinar) 领导的研究人员宣布,他们已成功从十几名黑死病受害者的牙齿中提取并测序了中世纪鼠疫杆菌(导致瘟疫的细菌)的DNA。这些遗骸此前由伦敦考古博物馆从伦敦的 东史密斯菲尔德 墓地挖掘出来。在1348年至1349年伦敦瘟疫流行的高峰期,数千具尸体被埋葬在东史密斯菲尔德。
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由于DNA会随着时间推移而降解,研究人员使用现代鼠疫杆菌DNA作为诱饵,以提取片段化的中世纪序列(一种称为“靶向富集”的技术)。团队以这种方式发现了足够的古代DNA,以重建一个质粒,这是一个属于中世纪鼠疫杆菌的小DNA环。该论文充满了研究人员应用的校准、控制和修正,以确保他们的DNA没有被污染或损坏。
那么,中世纪鼠疫杆菌菌株已灭绝的结论从何而来?整篇论文中只有一个结果暗示了这种可能性:“[中世纪序列]揭示了两种突变的存在,据我们所知,这两种突变在任何古代或现代的鼠疫杆菌序列中都没有发现。”虽然这两种突变构成了一个有趣的观察,但它们并没有提供足够的证据来证明媒体上关于黑死病消亡的一些宏大而笼统的说法是合理的。研究人员明确提到,对瘟疫进化史的调查不属于本研究的范围。
我在《新鹿特丹商业报》(NRC Handelsblad)(我为之写作的荷兰日报)上写了一篇报道,讲述了媒体报道与研究本身之间的脱节。该论文的主要研究员亨德里克·波伊纳 (Hendrik Poinar) 随后告诉我,他对这项研究受到的所有媒体关注感到“震惊”。团队甚至没有准备关于他们工作的新闻稿。他们从没想过这会引起该领域以外任何人的兴趣。波伊纳 (Poinar) 后来在电子邮件中写信给我说,“PNAS论文并不是人们认为的‘里程碑式研究’。”
当时,波伊纳 (Poinar) 也小心地指出,他们的发现并没有证明黑死病已经灭绝。“只有当我们拥有完整的[中世纪]基因组时,我们才能开始重建瘟疫的进化史”,这是他当时告诉我的。
我当时并不知道,这个中世纪基因组几乎已准备好发布。现在,一个半月后,基因组已经出来了。克劳泽 (Krause) 和波伊纳 (Poinar) 使用他们之前使用的相同靶向富集技术,重建了中世纪鼠疫杆菌的整个DNA序列。他们发现了超过两百万个中世纪DNA片段,并将它们拼接成一个完整的基因组。这是一项了不起的成就。这是科学家首次成功重建古代致病细菌的完整基因组。更令人兴奋的是,这个基因组揭示了一个故事,该故事直接与之前在网站和报纸上流传的文章相矛盾。中世纪的黑死病并未灭绝。它的后代今天仍然会引起疾病,并且在过去660多年中几乎没有改变。
黑死病在中世纪时期似乎更致命,但是当研究人员将中世纪和现代鼠疫杆菌的基因组并排比较时,他们几乎没有发现它们之间有任何差异*。如果中世纪的鼠疫杆菌真的比现代的同类更危险,那么在细菌的DNA中就找不到其致命性增加的痕迹。甚至已知对导致死亡和疾病很重要的基因在过去650多年中也保持不变。
波伊纳 (Poinar) 说:“长期以来,我们认为细菌是罪魁祸首,但现在我们怀疑疾病与人类之间的相互作用才是使中世纪瘟疫如此具有破坏性的原因。十四世纪的伦敦拥挤、寒冷和潮湿。大部分人口营养不良,许多人还患有其他疾病,例如流感。然后瘟疫突然随着来自南欧的商船抵达。这是一场完美的风暴。”
波伊纳 (Poinar) 和克劳泽 (Krause) 认为,瘟疫随着时间的推移变得不那么严重,是因为欧洲人民适应了。这部分是生物学上的适应,因为只有能够对这种致命疾病产生一定抵抗力的人才能幸存下来。但也有文化上的适应。例如,从十六世纪开始,荷兰的许多城市建造了“瘟疫隔离所”,瘟疫携带者在那里被隔离并由专门的瘟疫医生治疗。糟糕的疫情仍然不时袭击欧洲,例如1665年的伦敦大瘟疫,但再也没有像1348年那样致命。
另一个意想不到的发现是,所有现代瘟疫似乎都可以追溯到中世纪时期的瘟疫。这引发了关于人类历史上另一次重大瘟疫的疑问,即六世纪席卷拜占庭帝国的查士丁尼瘟疫。这些瘟疫一直被认为是与摧毁中世纪欧洲的瘟疫相同的疾病。如果是这样,这些查士丁尼鼠疫杆菌菌株就没有留下任何后代存活至今。另一种可能性是,查士丁尼瘟疫根本就是另一种疾病。波伊纳 (Poinar) 说:“是什么导致了查士丁尼瘟疫确实已成为下一个价值百万美元的问题”。
那么,团队在八月份发现的两种独特突变呢?事实证明它们是伪像。“突变”结果证明是一种DNA损伤形式,这在古代样本中很典型。当研究人员使用覆盖相同位置多次的下一代测序技术重新测序相同位置时,他们没有发现“突变”的痕迹。黑死病被宣布死亡为时过早。
*:波伊纳 (Poinar) 指出,中世纪和现代鼠疫杆菌之间可能存在他们的方法遗漏的遗传变异。虽然他们确实重建了整个鼠疫杆菌基因组,但无法确定其基因的确切顺序。鼠疫杆菌以快速改组其基因而闻名,但尚不清楚这种基因顺序如何影响其致命性和致病能力。此外,由于团队使用现代序列作为诱饵来提取中世纪DNA,因此不可能找到古代菌株和现代菌株之间丢失或获得的序列。
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来自东史密斯菲尔德的瘟疫受害者:伦敦考古博物馆
约翰·诺登 (John Norden) 绘制的伦敦地图,由 迈克·考尔德 (Mike Calder) 提供
《罗马鸟嘴医生》(“罗马鸟嘴医生”),保罗·弗斯特 (Paul Fürst) (1656) 的雕刻作品
参考文献
Schuenemann VJ, Bos K, Dewitte S, Schmedes S, Jamieson J, Mittnik A, Forrest S, Coombes BK, Wood JW, Earn DJ, White W, Krause J, & Poinar HN (2011). Targeted enrichment of ancient pathogens yielding the pPCP1 plasmid of Yersinia pestis from victims of the Black Death. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108 (38) PMID: 21876176
Bos KI, Schuenemann VJ, Golding GB, Burbano HA, Waglechner N, Coombes BK, McPhee JB, Dewitte SN, Meyer M, Schmedes S, Wood J, Earn DJ, Herring DA, Bauer P, Poinar HN, & Krause J (2011). A draft genome of Yersinia pestis from victims of the Black Death. Nature PMID: 21993626