基因测序让科学家解码历*的致命疾病
上世纪90年代初,没有人相信这会成为可能。当时Stone还是一名研究生,在德国马普学会斯万特·帕博实验室工作,她曾试着识别古老天花和TB的基因标记。这项研究是一项挑战,病原体的基因组比人类基因小1000倍。回到那时,假如能够使用聚合酶链反应(PCR),测序来自化石的少量DNA标记,研究人员会激动万分。
那时Stone甚至无法攫取一些小块的片段。她试着放大取自一具有400年历史的意大利那不勒斯木乃伊的重型天花病毒,但是一无所获。她放弃了古病原体研究,转而研究古老DNA与猿和人类的进化。
数年过去了,其他研究人员宣布使用PCR从骨骼残骸中搜获了TB,但是批评者担心证据受到了污染。甚至当他们能够确定古TB时,PCR研究停滞在了如何关联古TB菌株和现在的结核分枝杆菌,因为他们无法获得足够的古DNA,以揭示菌株间的不同。“我不在乎有人说自己从1.5万年前的样本中提取了TB,我只想知道,你能告诉我有关这个TB的什么内容。”丹麦哥本哈根大学进化生物学家Thomas Gilbert说。
这大约发生在高通量测序仪器引发该领域革命的10年前。当时PCR只能复制至少80个碱基对长度的DNA片段,但是古老DNA通常更小。新测序机器打开了古老基因的全新世界,包括轰动一时的冰河时代猛犸象,以及灭绝的尼安德特人和丹尼索瓦人的基因修复。
捕获基因
通缉名单的*凶手是黑死病的“代理人”。1347~1351年,它横扫欧洲,夺去一半人的生命。历史文献记载的腹股沟淋巴结炎十分像那些由耶尔森氏鼠疫杆菌引起的疾病。在抗生素出现之前,鼠疫似乎足以杀死上百万生命,因此一些历史学家怀疑,它是黑死病背后的“推手”。早期PCR结果表明,中世纪受害者遗骨上的遗传标记属于现代耶尔森氏鼠疫杆菌的一部分。但是罪名无法成立:实验结果不能重复。
2011年加拿大麦克马斯特大学的Hendrik Poinar、美国南卡罗来纳大学的Sharon DeWitte和麦克马斯特大学研究生Kirsten Bos从英国伦敦东史密斯菲尔德墓地尸骸的牙齿和骨头中提取了DNA。这里埋葬了14世纪鼠疫的受害者。
联合Krause和Schuenemann,两个实验室使用了“诱饵”——发现自现代耶尔森氏鼠疫杆菌的短基因片段——用于捕获古老序列的类似延伸。研究人员清除了无法附在现代诱饵上的DNA。这让他们不仅捕捉到了匹配序列,还发现了可能与现代基因不同的DNA。研究人员反复清洗了重叠的DNA片段,zui终平均每个核苷酸收集了30个副本。
结果显示,伦敦瘟疫死者确实感染了耶尔森氏鼠疫杆菌。让该研究小组惊讶的是,14世纪该杆菌的基因组与现代十分相似。目前,研究小组在探索是什么引发了高死亡率,是一种古老菌株还是中世纪死者较差的健康状况。