Il genoma batterico rinvenuto nei resti di un antico cacciatore-raccoglitore dimostra che le malattie da treponema circolavano nelle Americhe molto prima di quanto si pensasse e che erano più diversificate di quanto si credesse. Pubblicato su Science da un team internazionale che include scienziati del SIB dell'Università di Losanna, lo studio rappresenta il primo recupero di DNA di Treponema pallidum da ossa dall'aspetto sano. Introduce inoltre una nuova combinazione di metodi di bioinformatica per l'analisi del DNA di agenti patogeni antichi, aprendo nuove strade per comprendere come nascono e si diffondono le malattie infettive.
La bioinformatica rivela la presenza di un agente patogeno "invisibile" in antichi resti umani
Le infezioni causate dal T. pallidum includono la sifilide, il framboesia e il bejel, che ancora oggi rappresentano un problema per la salute pubblica. Le testimonianze scheletriche rinvenute in siti archeologici di tutto il mondo suggeriscono che queste malattie treponemiche abbiano colpito gli esseri umani per millenni, ma le loro origini evolutive sono state oggetto di accesi dibattiti.
La paleogenomica può aiutare a rispondere a tali domande attraverso il sequenziamento e l'analisi del DNA patogeno nei resti umani antichi. Tuttavia, un ostacolo fondamentale per il T. pallidum è la difficoltà di recuperare il suo DNA: il batterio è scarso nelle ossa e solo una piccola parte degli scheletri antichi mostra segni di infezione.
Ora, per la prima volta, i ricercatori hanno recuperato il DNA del T. pallidum in ossa dall'aspetto sano di un individuo sepolto circa 5.500 anni fa in quella che oggi è la Colombia. Inoltre, il team internazionale ha identificato il batterio come una nuova sottospecie. La nuova combinazione di analisi genomiche - effettuate dal Gruppo di Genetica delle Popolazioni del SIB, guidato da Anna-Sapfo Malaspinas dell'Università di Losanna - fa risalire di 3.000 anni la documentazione genetica del T. pallidum e suggerisce che gli antenati dell'agente patogeno potrebbero aver infettato le persone già durante l'ultima era glaciale, 10-20.000 anni fa. Ciò cambia in modo significativo la nostra comprensione delle malattie treponemiche nelle Americhe e apre la strada a stime più accurate della prevalenza della malattia nel corso della storia umana.
I risultati forniscono un supporto molecolare alla lunga storia del T. pallidum nelle Americhe, risalente a millenni prima dell'arrivo degli europei e forse addirittura al popolamento del continente.
Diverse sottospecie causano diverse malattie
Le tre sottospecie attuali di T. pallidum sono quasi identiche dal punto di vista genetico, ma ciascuna causa una malattia distinta: T. pallidum subsp. pallidum causa la sifilide e si trasmette per via sessuale, mentre T. pallidum subsp. pertenue e T. pallidum subsp. endemicum, che si diffondono principalmente attraverso il contatto diretto con la pelle, causano rispettivamente il morbo di Framboesia e il morbo di Bejel. Una quarta malattia treponemica, la pinta, è causata dal T. carateum, anche se non è stato ancora recuperato il genoma di questo agente patogeno.
I ricercatori ritengono che la nuova sottospecie da loro scoperta si diffonda probabilmente da persona a persona, ma non possono escludere una trasmissione zoonotica dagli animali. È anche possibile che rappresenti una forma antica di T. carateum.
L'antenato del T. pallidum potrebbe aver infettato gli esseri umani durante l'era glaciale.
Gli scienziati e i ricercatori del SIB dell'Università della California, Santa Cruz (UCSC), hanno individuato in modo indipendente il DNA batterico mentre analizzavano i dati di sequenziamento dell'antico cacciatore-raccoglitore. Nonostante costituisse meno dello 0,002% di questi dati, il volume complessivo – circa 1,5 miliardi di frammenti di DNA – ha permesso ai ricercatori di ricostruire un genoma antico.
Diverse sottospecie causano diverse malattie
Le tre sottospecie attuali di T. pallidum sono quasi identiche dal punto di vista genetico, ma ciascuna causa una malattia distinta: T. pallidum subsp. pallidum causa la sifilide e si trasmette per via sessuale, mentre T. pallidum subsp. pertenue e T. pallidum subsp. endemicum, che si diffondono principalmente attraverso il contatto diretto con la pelle, causano rispettivamente il morbo di Framboesia e il morbo di Bejel. Una quarta malattia treponemica, la pinta, è causata dal T. carateum, anche se non è stato ancora recuperato il genoma di questo agente patogeno.
I ricercatori ritengono che la nuova sottospecie da loro scoperta si diffonda probabilmente da persona a persona, ma non possono escludere una trasmissione zoonotica dagli animali. È anche possibile che rappresenti una forma antica di T. carateum.
L'analisi filogenetica ha rivelato che il batterio non solo è una nuova sottospecie di T. pallidum, ma appartiene anche a un ramo precedentemente sconosciuto dell'albero genealogico del batterio. Il team del SIB ha confermato questa scoperta inaspettata utilizzando diversi approcci di bioinformatica, compresi metodi non tipicamente utilizzati negli studi sui patogeni antichi. Ciò ha incluso l'analisi dei geni condivisi tra specie lontanamente imparentate utilizzando la base di conoscenza OMA della risorsa SwissOrthology, sviluppata da altri gruppi SIB, e la mappatura del DNA antico e moderno con la pipeline Mapache sviluppata dal gruppo di genetica delle popolazioni. Sono state utilizzate anche altre due risorse SIB: BEAST2 per calcolare le linee temporali evolutive e la base di conoscenza curata da esperti di UniProt per esaminare le strutture proteiche.
Maggiori informazioni sulle risorse del SIB
L'analisi ha anche individuato tutti i 59 geni associati alla virulenza noti nei ceppi odierni nella nuova sottospecie, suggerendo che il loro antenato comune potrebbe essersi adattato anche agli ospiti umani. I ricercatori deducono che questo antenato sia vissuto circa 13.700 anni fa, anche se la data reale potrebbe variare da 7.000 a 20.500 anni fa. Una tale diversità nella famiglia T. pallidum e una storia così lunga di malattie treponemiche nell'uomo, che potrebbe risalire all'era glaciale, erano insospettabili dai precedenti dati genomici antichi e moderni.
Nuove possibilità per comprendere come emergono e si diffondono gli agenti patogeni
La combinazione di sequenziamento avanzato e nuove analisi genomiche utilizzata nello studio potrebbe consentire una più ampia individuazione di malattie infettive in altri reperti archeologici. Ciò contribuirebbe a migliorare la nostra comprensione di come i patogeni emergono, si diffondono e persistono all'interno delle popolazioni umane: un primo passo essenziale per controllare e prevenire future epidemie e focolai.
Il nostro studio dimostra l'importanza del DNA dei patogeni antichi per scoprire le traiettorie evolutive a lungo termine delle malattie infettive nel corso di migliaia di anni.
Collaborazione internazionale con il coinvolgimento della comunità locale
Oltre ai ricercatori del SIB e dell'UCSC, lo studio ha riunito esperti di paleopatologia, antropologia, microbiologia e archeologia provenienti da numerose altre istituzioni in Svizzera, Stati Uniti, Colombia, Argentina, Repubblica Ceca e Francia. Riconoscendo l'importanza dei risultati per la storia medica e culturale colombiana, il team ha consultato e condiviso i propri risultati con studiosi locali, studenti e comunità indigene e non indigene prima di pubblicare il lavoro.
Reference(s)
Riferimento: Bozzi D, Broomandkhoshbacht N, Delgado M et al. Un genoma di Treponema pallidum risalente a 5.500 anni fa proveniente da Sabana de Bogotá, Colombia. Science ( 2026).
DOI: 10.1126/science.adw3020
Immagine: Micrografia elettronica di T. pallidum, evidenziato in oro. NIAID CC BY 2.0
