古老的牙齿DNA揭示了“冷疮”疱疹病毒的进化

来自长期死亡的人和动物的牙齿正在泄露现代病原体的历史。

　　

         

研究人员在18世纪一名狂热的烟斗烟民的牙齿中发现了古老的疱疹DNA。

 

从生活在很久以前的人类牙齿中提取的古老DNA提供了关于过去和现在病原体的新信息。

在最新的一项研究中，研究人员首次从早已死亡的欧洲人的牙齿上发现并测序了古代疱疹的基因组。今天引起人们嘴唇疼痛的疱疹病毒株——称为HSV-1——曾被认为是5万多年前出现在非洲的。但7月1日发表在《Science Advances》杂志上的新数据表明，它的起源要晚得多:大约在5000年前的青铜时代。天花和其他病毒困扰人类的时间比预想的要早得多。研究结果暗示，青铜时代文化习俗的变化——包括浪漫接吻的出现——可能是HSV-1迅速崛起的原因。

爱沙尼亚塔尔图大学(University of Tartu)的考古学分子生物学家克里斯蒂安娜·沙伊布(Christiana Scheib)说，这项研究和其他与牙齿提取DNA相关的研究，正在对我们与疾病的共同历史产生令人惊讶的见解。她说:“我们今天拥有的所有病原体都曾是新型感染。研究古代DNA很重要，这样我们就可以了解这些过去的经历，并保护后代免受流行病的影响。”

骨头上的突破

牙齿是古代DNA的宝库，因为它们能保护生物分子不被降解。在过去的十年中，科学家们使用越来越强大的测序技术，利用牙齿中发现的DNA，重建了死亡已久的人类和动物的基因组——其中最古老的是死于160万年前的猛犸象。

在这个过程中，他们还对保存在牙齿中的细菌和病毒的遗传物质进行了分类。臼齿、门牙等牙齿的根部有血管，所以当一个人或动物死亡时，这些骨骼就会成为死亡时血液中任何病原体的储存库。

古老的DNA追溯了黑死病的起源

丹麦哥本哈根大学古代基因组学研究员马丁·西科拉(Martin Sikora)说，认识到牙齿是病原体DNA的贮藏物，这为古代疾病的研究打开了“一种与我们以前可以获得的完全不同的知识”。

Scheib说，这些遗传信息为研究人员提供了分子证据，以确定病原体在特定时间的时间和地点。2013年，科学家们利用从牙齿中提取的DNA证实，公元6世纪席卷地中海和北欧的查士丁尼瘟疫是鼠疫杆菌耶尔森氏菌的第一次大规模爆发。今年6月，另一组研究人员报告说，引发黑死病的鼠疫杆菌菌株——14世纪欧亚大陆部分地区有60%以上的人死于黑死病——根据在该地区发现的牙齿DNA，可能进化到今天的吉尔吉斯斯坦。

研究古代DNA还可以帮助研究人员了解不那么致命的病原体的历史，比如口腔疱疹，它已经感染了今天全球约三分之二的50岁以下人口。2016年，Scheib和她的同事们在一名死于英国剑桥郡圣约翰医院的少年600岁的牙齿中寻找鼠疫杆菌的痕迹，当时他们偶然发现了似乎与HSV-1相匹配的基因序列。

古老的牙齿表明丹尼索瓦人的冒险远不止西伯利亚

她说，在那之前，“根本没有发表过古代疱疹的DNA”。有记录以来最古老的疱疹基因组是1925年从纽约的一个人身上分离出来的。这一发现促使Scheib和她的同事们在其他遗骸中寻找疱疹的迹象。为此，研究小组需要找到死于活动性感染的人。HSV-1大部分时间都隐藏在宿主的神经系统中。但在压力大的时候，病毒会进入血液，并爆发为“唇疱疹”。

在对数十具遗骸进行分类整理后，研究人员最终从三名死于活动性感染的人的牙齿中发现并提取了疱疹DNA，其中包括一名年轻女子，她于六世纪被埋在今天的英国剑桥城外。

通过评估这四个古代基因组中进化出的基因突变，并将它们与现代HSV-1菌株进行比较，研究人员推断，它们都有一个共同的祖先，出现在大约5000年前。Sikora说，在此之前，不同版本的疱疹在传播。但HSV-1在进化过程中无情地击败了它们。吻,告诉

究竟是什么导致这种新型疱疹病毒比旧的疱疹病毒更成功，目前还不清楚。但Sikora说，研究小组的分析表明，HSV-1出现在青铜时代的密集迁移时期，当时它可以搭上人类的便车，从欧亚大陆的大草原进入欧洲。

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它也可能随着浪漫接吻的发展而传播开来。浪漫接吻约于3500年前在印度次大陆发明，后来可能在公元4世纪亚历山大大帝的军事行动中传到了欧洲。疱疹通常由父母通过密切接触传染给孩子。研究人员说，浪漫的接吻可能会让HSV-1更快地感染人类，并帮助该病毒战胜早期的疱疹病毒。

西雅图华盛顿大学的进化病毒学家丹尼尔·布朗科-梅洛(Daniel Blanco-Melo)说，要完全解开疱疹和其他病原体的历史，需要更古老、地理上更多样化的样本，但这项研究是可以通过古老的DNA获取信息的一个很好的例子。

Sikora说，理论上，研究人员可以对感染更年长的人类和动物的病原体进行DNA测序，这些病原体可能生活在100万年前。这可能会让科学家们了解感染过尼安德特人和丹尼索瓦人等古人类物种的生物。但是技术上的限制意味着研究人员目前只能对含有双链DNA的病原体的遗传物质进行测序，排除了许多重要的RNA病毒，比如引起脊髓灰质炎和麻疹的病毒。

Sikora说，尽管如此，古老的DNA为我们了解人类与疾病的共同历史提供了一个窗口。他补充说:“我们正处于这个领域成熟的开端。我预计，在未来几年，我们将获得非常令人兴奋的新见解。”