Mężczyzna zmarł. Jest zamrożony. Tak pozostało przez tysiące lat. Teraz „rośnie” na szalce Petriego.
To brzmi jak coś z horroru, ale tak naprawdę to biologia. I jest bardzo konkretna. Naukowcom udało się wyhodować uśpione mikroorganizmy z materiału ciała Otziego, słynnego zmumifikowanego ciała znalezionego w Alpach. To nie jest tylko sztuczka laboratoryjna. Jest to rzadki wgląd w stan zdrowia człowieka z epoki miedzi (epoki miedzi i kamienia), który żył około 5300 lat temu.
Po co nam starożytne DNA (i żywe bakterie)
Większość badań starożytnych ludzi opiera się na sekwencjonowaniu DNA. Odczytujemy pozostawiony po sobie kod genetyczny. Jest to przydatne: informacje pozwalają poznać pochodzenie, cechy fizyczne i niektóre choroby. Ale DNA to tylko zapis. Ona jest statyczna.
Żywe mikroorganizmy to inna sprawa. Są dynamiczne. Reagują na zmiany. Ewoluują.
Przywracając do życia starożytne bakterie, naukowcy są w stanie zrobić coś, czego nie da się osiągnąć samym sekwencjonowaniem: zbadać funkcje tych patogenów. Zaatakowali właściciela? Jak silna była odpowiedź immunologiczna organizmu? Czy był to naturalny mieszkaniec jelit, czy najeźdźca?
„Hibernacja oznacza brak aktywności tak głęboką, że zawieszają się normalne funkcje organizmu” – głosi standardowa definicja. W przypadku drobnoustrojów Otziego zawieszenie to trwało pięć tysięcy lat.
Kontekst epoki miedzi
Otzi sięga epoki miedzi. Był to okres przejściowy pomiędzy epoką kamienia i brązu, trwający od około 4500 do 3500 roku p.n.e. mi. Ludzie zaczęli wytwarzać narzędzia i broń z miedzi. Zaczęli też żyć bliżej siebie. Zajmowali się rolnictwem i hodowlą bydła.
Warunki te zmieniły mikrobiom.
Mikrobiom to zbiór bakterii, wirusów i grzybów, które żyją wewnątrz nas i na powierzchni organizmu. To nie jest tylko lista „biernych pasażerów”. Jest to aktywny ekosystem, który wpływa na trawienie, odporność, a nawet zachowanie. Kiedy człowiek umiera, ekosystem ten zwykle zapada się lub zmienia szybko. Rozpoczyna się proces rozkładu.
Otzi był wyjątkiem. Jego ciało zostało zachowane w lodowcu. Lód. Zimno. Suchość. Czynniki te spowalniają rozkład. Zamiast niszczyć, trzymali drobnoustroje w stanie uśpienia.
Jak obudzić starożytne bakterie?
Nie można po prostu rozmrozić mumii i liczyć na najlepsze. Proces wymaga najwyższej precyzji.
Zbadali i pobrali próbki ciała mumii. W szczególności szukali śladów życia drobnoustrojów w tkankach i skórze. Warunki panujące na lodowcu są trudne: promieniowanie, promieniowanie ultrafioletowe, czas. Czynniki te uszkadzają DNA. Ale niektóre mikroorganizmy są odporne.
W laboratorium naukowcy stworzyli odpowiednie podłoże hodowlane, temperaturę i atmosferę. Symulowali warunki, które mogły panować w 3300 roku p.n.e. mi.
Niektóre bakterie zaczęły rosnąć.
Dowodzi to, że organizmy przetrwały w stanie uśpienia. Po prostu czekali. Nie jakieś konkretne wydarzenie. Ale tylko żywiciel lub pożywka.
Które drobnoustroje przeżyły?
W badaniu zidentyfikowano określone typy bakterii. Nie tylko ogólna „flora jelitowa”, ale poszczególne gatunki. Niektóre z nich były znanymi patogenami. Inne były komensalami – bakteriami, które żyją na żywicielu, nie uszkadzając go (przynajmniej w normalnych warunkach).
Na przykład badacze poszukiwali bakterii Treponema wywołującej kiłę i dźgnięcie. Dowody genetyczne były przekonujące, ale hodowla żywej odmiany Treponema jest niezwykle trudna. Udane wyhodowanie żywych komórek z ciała Otziego dostarczyło dodatkowego potwierdzenia ustaleń genetycznych. To powiązało teorię z rzeczywistością.
Fakt ten odpowiada na pytanie: „Czy ta bakteria była żywą, czy tylko martwą materią?”
Ona żyła.
Dlaczego jest to ważne dla współczesnej medycyny?
Wydajemy miliardy na walkę z opornością na antybiotyki. Pojawiają się nowe patogeny i powracają stare. Nie do końca rozumiemy długoterminową stabilność genomów bakteryjnych.
Starożytne mikroby oferują podstawowy poziom porównania. Grupa kontrolna z przeszłości. Porównując genom żywych starożytnych bakterii ze współczesnymi szczepami, możemy prześledzić ewolucję. Widzimy, jak te organizmy zmieniły się wraz z przemianą społeczeństwa ludzkiego. Wraz z rozwojem rolnictwa. Otwarcie szlaków handlowych.
Czy wytapianie miedzi miało wpływ na mikroflorę jelitową? Czy zatłoczone warunki życia spowodowały rozprzestrzenianie się nowych chorób? Odpowiedzi są ukryte w DNA. Ale manifestują się także w zachowaniu żywych komórek.
„„Środowisko” może oznaczać pogodę i ekosystem… lub temperaturę i wilgotność” – zauważają źródła. W laboratorium kontrolujemy te zmienne, aby wyizolować i zbadać reakcję drobnoustrojów.
Czynnik ryzyka
Czy to jest niebezpieczne? Czy te ożywione zarazki mogłyby dzisiaj uciec i zainfekować nas?
Najprawdopodobniej nie. Nie jest to łatwe.
Nasz układ odpornościowy ewoluował. Nasza flora jelitowa jest inna. Te starożytne bakterie przystosowały się do ludzkich żywicieli z epoki miedzi. Ich fizjologia mogła się zmienić. Ich białka powierzchniowe mogą nie wiązać się z naszymi nowoczesnymi komórkami w ten sam sposób. Są reliktami. Kruchy. Prawdopodobnie przegrywają konkurencję z nowoczesnymi odmianami.
Jednak słowo „prawdopodobnie” nie oznacza „nigdy”.
Ryzyko uwolnienia uśpionego patogenu jest niskie, ale nie zerowe. Dlatego też rygorystyczne protokoły bezpieczeństwa biologicznego są niezaprzeczalnym wymogiem. Eksperymenty te przeprowadzane są w laboratoriach zajmujących się bezpieczeństwem wysokiego poziomu. I nie na otwartych komputerach stacjonarnych. Nauka jest cenna, a niebezpieczeństwo jest kontrolowane.
A co z innymi mumiami?
Jeśli zadziałało w przypadku Otziego, dlaczego nie w przypadku Tutanchamona? Albo z mumii peruwiańskich?
To zależy od warunków środowiskowych. Do konserwacji wymagane są szczególne warunki. Ekstremalne zimno. Suchość. Brak tlenu. Lód lodowcowy zapewnia wszystkie trzy czynniki. Piasek pustynny zapewnia trochę. Ciała znalezione na torfowiskach są inne, ale kwaśny torf może szybko zniszczyć DNA i zabić drobnoustroje.
Otzi miał szczęście. Wpadł w szczelinę. Zamknął je lód. Został zamrożony w czasie. Większość pozostałych ciał gnije. Ich społeczności drobnoustrojów wypierają się nawzajem. Nagranie zostało utracone.
Mamy tylko jednego Otziego. A teraz mamy jego zarazki.
Przyszłość paleomikrobiologii
To badanie nie jest dziełem przypadku. To jest dowód koncepcji.
W miarę ulepszania technologii…
