Sie zeigen auf, dass die Anpassung der Kopienzahl eines spezifischen Virulenzgens die Infektionsdauer bei betroffenen Personen erhöht. Diese genetische Entwicklung würde die Ansteckungsdauer in einer weniger dicht besiedelten Umgebung verlängern, wo die Übertragungszeit von einem Individuum zum anderen zwangsläufig länger ist. Diese genetische Variation wurde unabhängig voneinander bei beiden großen Pestpandemien beobachtet, Hunderte von Jahren bevor sie ausstarben.
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Die Studie wurde am 29. Mai 2025 in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Die Geschichte der Menschheit ist von drei großen Pestpandemien geprägt. Die erste Pandemie begann im 6. Jahrhundert im Mittelmeerraum.
Die zweite Pandemie trat im 14. Jahrhundert auf und kehrte über mehr als 500 Jahre in Europa immer wieder zurück. Die erste Welle dieser zweiten Pandemie, bekannt als "Schwarzer Tod", bleibt bis heute das tödlichste Ereignis in der Geschichte der Menschheit, das zwischen 1347 und 1352 30 bis 50 % der europäischen Bevölkerung tötete.
Die dritte Pestpandemie trat 1850 in Asien auf. Sie breitete sich auf allen Kontinenten aus und besteht bis heute in sogenannten "endemischen" Regionen, zu denen Länder wie Uganda und die Demokratische Republik Kongo, aber auch die USA oder die Mongolei gehören.
Der Pestbazillus, Y. pestis, bleibt aufgrund verschiedener Virulenzfaktoren äußerst tödlich, insbesondere des Faktors pla, der in vielen Kopien im Genom des Bakteriums vorhanden ist. Dieser Virulenzfaktor ermöglicht es dem Bakterium, die Lymphknoten zu erreichen und sich dort zu vermehren, bevor es sich im restlichen Körper ausbreitet und eine fulminante Sepsis verursacht.
Durch die Untersuchung Hunderter Proben von historischen Pestopfern beobachteten die Forscher der McMaster University, Experten für alte DNA, eine Abnahme der Kopienzahl des Gens pla in den letzten Phasen der ersten und zweiten Pandemie. Um diese Beobachtung zu ergänzen, untersuchten die Wissenschaftler des Pasteur-Instituts die dritte Pestpandemie, deren Proben jünger und lebendig konserviert sind.
Der Pestbazillus hat seine Virulenz abgeschwächt, was die Dauer der beiden großen Pandemien verlängert hat. Mit Yersinia pestis infizierte Makrophagen.
© Josué Barquero & Anne Derbise, Unité Yersinia, Institut Pasteur (2024)
"Unsere Studie gehört zu den ersten, die sich speziell mit der Evolution eines alten, aber immer noch aktuellen Pathogens befassen, um die Virulenzfaktoren, das Fortbestehen oder das Aussterben von Pandemien zu verstehen", sagt Hendrik Poinar, Hauptautor der Studie, Direktor des McMaster Ancient DNA Centre und Inhaber des Michael G. DeGroote-Lehrstuhls für genetische Anthropologie.
Das Nationale Referenzzentrum für Pest und andere Yersiniosen am Pasteur-Institut besitzt eine der weltweit umfangreichsten Sammlungen moderner Isolate von Y. pestis. "Unsere internationalen Partner, die lokale Pestausbrüche weltweit überwachen, haben uns einzigartige bakterielle Proben für dieses Projekt zur Verfügung gestellt", erklärt Javier Pizarro-Cerdá, Hauptautor der Studie, Leiter der Forschungseinheit Yersinia und Direktor des WHO-Kollaborationszentrums für Pest am Pasteur-Institut.
"Wir konnten drei Proben von Y. pestis identifizieren, die in den 1990er Jahren in Asien entnommen wurden und in denen die Gesamtzahl der pla-Gene abgenommen hatte", sagt Guillem Mas Fiol, Co-Erstautor der Studie und Forscher in der Yersinia-Einheit am Pasteur-Institut.
"Dank dieser drei Proben konnten wir die biologischen Auswirkungen dieser pla-Gen-Deletionen in vitro und in vivo untersuchen und so eine Brücke zu den paläogenomischen Beobachtungen unserer kanadischen Kollegen schlagen", ergänzt Javier Pizarro-Cerdá.
In Mausmodellen der Beulenpest beobachteten die Forscher, dass die Abnahme der Kopienzahl des Gens pla mit einer um 20 % reduzierten Sterblichkeit und einer verlängerten Infektionsdauer bei betroffenen Individuen verbunden ist – infizierte Ratten lebten länger.
Die Forscher vermuten, dass mit diesen Bakterien infizierte Ratten die Infektion in einer Umgebung mit geringerer Säugetierdichte stärker verbreiten konnten. Tatsächlich führt die hohe Sterblichkeit von Nagetieren zu Beginn der Pandemiewellen zu einer Verringerung der Nähe zwischen den Wirten.
"Die Verringerung der Virulenz würde dem Bazillus in einem Umfeld mit geringerer Bevölkerungsdichte einen selektiven Vorteil verschaffen", erklärt Javier Pizarro-Cerdá. Die Pandemien wären schließlich wahrscheinlich aufgrund der geringeren Virulenz dieser Stämme ausgestorben.
Diese genetische Entwicklung trat zufällig und unabhängig in jeder historischen Pestpandemie auf. "Unsere Forschung enthüllt ein Schlüsselmuster in der Evolutionsgeschichte der Pest. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass die meisten Stämme, die heute noch in Afrika, Amerika und Asien zirkulieren, hochvirulente Stämme sind, also jene, die einst für massive Sterblichkeit verantwortlich waren", betont Ravneet Sidhu, Co-Erstautorin der Studie und Doktorandin am Ancient DNA Centre der McMaster University.
Die Letalität durch eine Infektion mit dem Pestbazillus Y. pestis ist heute dank Antibiotika und diagnostischer Methoden besser kontrollierbar, was die evolutionäre Dynamik verändert.
"Die Pest bleibt eine Krankheit, die, obwohl heute selten, ein Problem der öffentlichen Gesundheit darstellt und ein Modell zum Verständnis der Entstehung, aber auch des Aussterbens von Pandemien im weiteren Sinne ist. Dieses Beispiel veranschaulicht das Virulenzgleichgewicht, das ein Pathogen annehmen kann, um sich effektiv von einem Wirt zum anderen zu übertragen", schließt Javier Pizarro-Cerdá.