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Pest-Genom entziffert: Am Anfang war der Schwarze Tod

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Er tötete fast halb Europa, jetzt haben Forscher erstmals das Erbgut des Pesterregers entziffert. Die Wissenschaftler können daraus schlussfolgern, wann das Ur-Pest-Bakterium entstand - und warum der Schwarze Tod im Mittelalter viele Millionen Menschen dahinraffte.

Der Schwarze Tod: Als die Pestwelle auf den Menschen traf Fotos
Getty Images

Binnen weniger Jahre raffte sie ein Drittel, vielleicht sogar die Hälfte der Bevölkerung Europas dahin: Mitte des 14. Jahrhunderts wütete die Pest - der Schwarze Tod. Auf den ersten großen Ausbruch folgten immer wieder neue, kleinere. Bis heute bleibt die Krankheit gefährlich, kann allerdings mit Antibiotika behandelt werden.

Zeitweise zweifelten Forscher an, ob es überhaupt Pest-Bakterien waren, die die verheerende Pandemie im Mittelalter auslösten. Erbgut-Spuren von Pest-Erregern, die bei Londoner Opfern der ersten Krankheitswelle nachgewiesen wurden, untermauerten jedoch kürzlich, dass tatsächlich Yersinia pestis die Pest verursacht hatte.

Ein internationales Forscherteam um Kirsten Bos von der McMaster University in Kanada hat jetzt das Erbgut mittelalterlicher Pest-Bakterien entschlüsselt und mit dem heutiger Erreger verglichen, um mehr über die Mikroben herauszufinden. Dabei zeigte sich, wie sie im Wissenschaftsjournal "Nature" berichten: Die Pest-Bakterien müssen sich erst relativ kurz vor dem ersten Ausbruch des Schwarzen Todes so entwickelt haben, dass sie Menschen infizieren konnten. Und: Heutige Stämme von Yersinia pestis unterscheiden sich nicht stark vom Auslöser des Schwarzen Todes.

Bakterien-DNA aus Knochen und Zähnen angereichert

Um das Erbgut der Bakterien zu entschlüsseln, reicherten die Forscher kleine Fragmente der Erreger-DNA aus mittelalterlichen Knochen- und Zahnproben an. Die menschlichen Überreste stammen aus einem der Londoner Massengräber von East Smithfield, dort bestattete die Stadtbevölkerung ab 1348 für kurze Zeit die Opfer der Seuche.

"Die Reihenfolge der Gene lässt sich nicht mehr ermitteln", sagt Johannes Krause von der Universität Tübingen, der an der Studie beteiligt war. Sie seien mit den Perlen an einer Kette vergleichbar, die man auch neu anordnen könne, erklärt er. Mit dieser Einschränkung gelang es den Forschern, das Genom der mittelalterlichen Mikroben zu rekonstruieren.

Die Erreger besaßen wie ihre heutigen Verwandten ein Bakterienchromosom, das aus rund 4,6 Millionen Einzelbausteinen, den Basenpaaren, besteht. Dazu kommen noch drei unterschiedliche kleinere Erbgutringe, die als Plasmide bezeichnet werden, und je rund 100.000 Basenpaare besitzen - eines davon hatten die Forscher aus Tübingen zusammen mit Kollegen aus Kanada und den USA schon zuvor entschlüsselt.

Das rekonstruierte Erbgut verglichen die Wissenschaftler mit dem heutigen sogenannten Referenzgenom von Y. pestis. Dabei zeigte sich, dass sich das Erbgut der mittelalterlichen Mikrobe an weniger als 100 einzelnen Stellen vom heutigen unterscheidet - man spricht von Punktmutationen. Das sind erstaunlich wenige Differenzen.

Plasmide machten Pest-Bakterien gefährlich

Anhand der Zahl der Punktmutationen konnten die Forscher berechnen, wann das Ur-Pest-Bakterium existiert haben muss. Ihr Ergebnis: vor 668 bis 729 Jahren, also frühstens um das Jahr 1282 herum, ist jener gemeinsame Vorfahre aller Pest-Erreger entstanden, die Menschen befallen können. "Dieser Vorfahre ist nur zwei Punktmutationen von den Bakterien von East Smithfield entfernt", sagt Krause.

Daraus ziehen die Forscher einen Schluss: Der mittelalterliche Schwarze Tod war höchstwahrscheinlich das Ereignis, mit dem sich der Krankheitserreger in der menschlichen Bevölkerung erstmals großflächig ausbreitete. Dass das menschliche Immunsystem diesem Erreger zuvor nie begegnet war, könnte auch erklären, warum die Pest so verheerend wütete.

Yersinia-pestis-Bakterien haben sich aus dem im Boden vorkommenden, harmlosen Mikroorganismus Yersinia psuedotuberculosis entwickelt. Entscheidend dafür war, dass sie einige spezielle Plasmide in das Zellinnere aufnahmen. Diese enthalten wichtige Baupläne für das Bakterium, die es ihm ermöglichen, Säugetiere zu infizieren. Vor den humanpathogenen Pest-Stämmen entwickelten sich Mikroben, die Nagetiere anstecken. Diese seien wahrscheinlich vor 2000 bis 3000 Jahren entstanden, sagt Krause.

Aus dem Ergebnis der Studie ergibt sich allerdings ein neues medizinhistorisches Rätsel: Was löste die Justinianische Pest aus, die zwischen dem sechsten und achten Jahrhundert wütete? Dafür könne ein Pest-Stamm verantwortlich gewesen sein, der sich von den heute zirkulierenden Stämmen klar unterscheide, mutmaßen die Wissenschaftler - oder es war gar ein ganz anderer Krankheitserreger.

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insgesamt 45 Beiträge
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1. Pest
BlakesWort 12.10.2011
Wirkliche Neuigkeiten sind das nicht. Bakterien entwickeln sich eben nicht annähernd so rasant wie Viren. Nur wenige Mutationen sind nicht so ungewöhnlich, wenn man die Inkubationszeit und die Tödlichkeit für den Menschen mit einbezieht.
2. Liebe Redaktion: darf ich auf ein paar Buchstabendreher hinweisen?
Irrwisch68 12.10.2011
Vorletzter Absatz: Ich glaub, der Erreger heißt nicht Yersinia *psuedo*tuberculosis, sondern Yersinia *pseudo*tuberculosis. Und die *Justininaische* Pest ist besser bekannt als *Justinianische* Pest (letzter Absatz).
3. Schlußfolgern kann man viel
marvinw 12.10.2011
---Zitat--- Die Wissenschaftler können daraus schlussfolgern, wann das Ur-Pest-Bakterium entstand - und warum der Schwarze Tod im Mittelalter viele Millionen Menschen dahinraffte. ---Zitatende--- Dass die Wissenschaftler die Pest enträtselt haben: das habe ich schon oft gelesen. Sagen wir das mal so: sie haben jetzt feste Idizien.
4. ...
Newspeak, 12.10.2011
Zitat von marvinwDass die Wissenschaftler die Pest enträtselt haben: das habe ich schon oft gelesen. Sagen wir das mal so: sie haben jetzt feste Idizien.
Das sind doch nur Medienhypes. Nur weil zufällig entsprechende Artikel in Nature veröffentlicht wurden. Und nur weil deren Autoren behaupten, die Kontroverse über die historischen Pestepidemien allgemein bzw. den Schwarzen Tod speziell gelöst zu haben, muß dem noch nicht so sein. Die früheren Fachartikel sind nämlich durchaus auch gut begründet. Und offensichtlich gibt es viele Stellen, an denen Unklarheiten herrschen und auch kaum zu lösen sind. Im übrigen ist es schon seltsam...die Ankündigung im Titel lautet "Pest-Genom entziffert" und im Text wird dann auf ein Referenzgenom verwiesen, mit dem man das neu bestimmte Genom vergleichen will. Die erstmalige Entschlüsselung des Pest-Genoms liegt nämlich schon eine Weile zurück. Man würde sich wünschen, daß Journalisten solche Widersprüche erkennen und nicht einfach Behauptungen von Autoren wiedergeben bzw. sprachlich verfälschen.
5. einfach nur toll
Beteigueze, 12.10.2011
trotz all der vorausgegangenen eher kritischen Beiträge, muß ich jetzt einfach mal sagen, daß ich einfach klasse finde, daß die Wissenschaft in der Lage ist, aus 800 (!) Jahre alten Zähnen und Knochen ein Genom herauszufiltern, es korrekt zu bestimmen und dann auch noch heraus zu finden, wie alt das Ding ist und woraus es entstand. Chapeau!
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Die Pest
Der Erreger
Das Pestbakterium Yersinia pestis befällt Menschen vor allem durch den Biss von Flöhen, aber auch beim direkten Kontakt mit Kleintieren, durch Einatmen oder in seltenen Fällen auch durch den Verzehr infizierten Materials. Unbehandelt führt die Pest nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) in 30 bis 60 Prozent der Fälle zum Tod.
Verbreitung und Symptome
Die Pest ist in vielen Längern Afrikas, in Nord- und Südamerika sowie in Asien endemisch, tritt also immer wieder auf und ist kaum auszurotten. Im Jahr 2003 wurden laut WHO in neun Ländern insgesamt 2118 Infektionen und 182 Todesfälle registriert, davon jeweils knapp 99 Prozent in Afrika. Mit der Pest infizierte Menschen entwickeln zunächst grippeähnliche Symptome - allerdings waren sie dann schon drei bis sieben Tage lang infiziert und konnten den Erreger weiter verbreiten. Es folgen plötzliches Fieber, Schüttelfrost, Kopf- und Gliederschmerzen sowie Müdigkeit, Übelkeit und Erbrechen.
Varianten
Die Pest tritt abhängig vom Infektionsweg in drei Formen auf:

Die Beulenpest ist die häufigste Form der Pest. Sie wird vom Biss eines infizierten Flohs verursacht. Das Pestbakterium dringt durch die Haut in die Blutbahn ein, wandert durch das Lymphgefäßsystem bis zum nächsten Lymphknoten, wo sich der Bazillus stark vermehrt und eine Entzündung verursacht. Der geschwollene Lymphknoten bildet eine "Bubo" genannte Eiterbeule, die starke Schmerzen verursachen und aufplatzen kann.

Die septikämische Pest tritt auf, wenn sich die Infektion ohne Beulenbildung in der Blutbahn verbreitet und eine Blutvergiftung, eine sogenannte Sepsis, verursacht. Die Symptome sind hohes Fieber mit Schüttelfrost und Kopfschmerzen sowie Blutungen an Haut und inneren Organen. Die Pestsepsis kann auch eine Folge einer Beulen- oder Lungenpest sein und endet unbehandelt meist innerhalb von 36 Stunden mit dem Tod.

Die Lungenpest ist die ansteckendste und zugleich am wenigsten verbreitete Form der Pest. Oft ist sie eine Folge einer fortgeschrittenen Beulenpest-Erkrankung. Ansonsten wird sie durch das Einatmen ansteckender Tröpfchen ausgelöst und kann sich auf diese Weise von Mensch zu Mensch verbreiten. Unbehandelt führt die Lungenpest in über 90 Prozent der Fälle zum Tod.
Das Erbgut
Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene Basen: A, C, T und G.
Messenger-RNA (mRNA)
Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
Ein Codon ist eine Folge von drei Bausteinen (Nukleotiden oder Basen) der DNA und analog auch der mRNA. Ein Codon steht für eine bestimmte Aminosäure oder als Stoppsignal, welches das Ende einer Bauanweisung für ein Protein kennzeichnet.
Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
Transfer-RNA (tRNA)
Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.


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