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羅馬帝國也有瘧疾,首度由 DNA 確認

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文 / 寒波

瘧疾(malaria)是當今世上常見的傳染病,根據美國疾病控制與預防中心(Centers of Disease Control and Prevention)的統計,全世界在 2015 年,共有 2.14 億人感染瘧疾,造成 43.8 萬人死亡,其中大部分是未滿 5 歲的兒童。

瘧疾肆虐的羅馬帝國

瘧疾早在羅馬帝國時已經存在,那時的文獻留下不少相關記載,例如以「希波克拉底誓詞」聞名的醫師希波克拉底(Hippocrates)、醫學家蓋倫(Galen)和凱爾蘇斯(Celsus)等人的著作中都描述過;另外考古學家也發現過當時的遺骸,生前有感染瘧疾的跡象 [1]。

引發瘧疾的病原是瘧原蟲(Plasmodium),如今大多數病例是由惡性瘧原蟲(Plasmodium falciparum)導致,然而其他種類的瘧原蟲,亦即三日瘧原蟲(Plasmodium malariae)、間日瘧原蟲(Plasmodium vivax)和卵形瘧原蟲(Plasmodium ovale),也都可能造成瘧疾。只憑古代的文字與遺骸都沒辦法釐清,究竟是哪種病原蟲曾感染過古羅馬人。

古代遺傳學研究傳染病

研究古代傳染病時,古代 DNA 已經被證實是威力強大的利器。近年取樣與分析方法的進步,讓科學家可以直接由遺骸中,取得當時病原體的遺傳物質,如此第一手的古代疾病訊息,將大幅增進我們對疾病的認識。

鼠疫桿菌(Yersinia pestis)是相當成功的例子。來自各地遺骸的 DNA,證實鼠疫桿菌曾在 1500 年前肆虐拜占庭帝國,造成查士丁尼瘟疫;甚至遠在欠缺歷史記載的青銅時代早期,5000 年前就已經感染歐亞大陸西方的人類[2]。它也是導致中世紀黑死病的元凶,最近遺傳學家獲得大批來自黑死病犧牲者的樣本,也愈來愈了解這位殺人魔王的演化與傳播歷史,相關研究還在如火如荼進行。

胃幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori)是另一個難能可貴的案例。這種以人體為家的細菌只居住在消化道,在屍體正常腐朽以後,本來應該毫無機會保留下來;然而科學家卻幸運地從阿爾卑斯山上,被冰封的天然木乃伊-冰人奧茨(Iceman Ötzi)身上,成功取得他距今 5300 年之久,胃幽門螺旋桿菌的整套基因組,還藉此修正了之前對人類遷徙過程的假說 [3]。

以古代 DNA 偵測歷史疑雲中的瘧疾

以上案例清楚地表示要認識歷史疾病,保留在遺骸中的病原體 DNA 價值非凡。

瘧疾研究方面,曾有多篇論文表示,在古埃及木乃伊中找到瘧原蟲的蹤影,而且是最兇殘的惡性瘧原蟲 [4]。論文使用的實驗方法包括,用 PCR 直接尋找屬於瘧原蟲的特定基因 [5],或是由次世代基因定序(NGS)一網打盡的 DNA 片段中,再篩選出源於瘧原蟲的遺傳訊息 [6]。

已知偵測到瘧原蟲 DNA 的樣本中,最老的來自新王國時期,也就是距今 3500 年之後,更早以前的還沒有發現過。生前得過瘧疾的木乃伊中,最知名的正是生活在約 3300 年前,鼎鼎大名的埃及法老-圖坦卡門 [7]!

古代瘧疾研究,不只古埃及。也曾有論文報告,在義大利中部的溫布利亞(Umbria),於羅馬帝國結束後,西元 5 世紀時的一位嬰兒身上,用 PCR 檢驗出瘧原蟲的存在 [8]。但要等到最近新發表的論文,才首度取得更早以前,羅馬帝國時的新資訊 [9]。

人體血液中的惡性瘧原蟲環狀體和配子母細胞,來源:https://en.wikipedia.org/wiki/Malaria

人體血液中的惡性瘧原蟲環狀體和配子母細胞,來源:https://en.wikipedia.org/wiki/Malaria

延伸閱讀:福島繩文人DNA 揭露日本史的未知境地

2000 年前的羅馬瘧原蟲

此次新研究由年代介於西元 1 到 3 世紀,位於義大利南部的 3 個地點,取得共 58 位成人及 10 位兒童的臼齒樣本,試圖從牙髓中抽取 DNA,進行次世代定序。如此得到的 DNA 訊息,會是樣本中存在的所有 DNA,都包括在內的「總體基因組(metagenome)」,假如牙齒中仍有瘧原蟲 DNA,就會被一起定序出來。

在這樣的材料中尋找瘧原蟲並不容易。除了樣本高齡 2000 歲,DNA 多半早已年久損壞外,另一困難在於人體中的瘧原蟲,正常狀況下應該會在血管與器官這類軟組織活動,不太有機會在牙齒出現,就算存在,也應當十分微量。所幸研究者最終克服萬難,仍在其中 2 人的總體基因組中,偵測到瘧原蟲的蹤影。

曾罹患瘧疾的兩具成人遺骸中,一位來自身處內陸,瓦納立(Vagnari)的勞動者墓地;另一位源於位於海岸,作為港口與貿易中心的韋利亞(Velia);而另一個海岸遺址 Isola Sacra 則沒有發現。這證實身為羅馬帝國核心地帶的義大利南部,海岸與內陸地區,在帝國時期時都確實有過瘧疾出沒。

偵測到的瘧原蟲 DNA 非常非常稀少,2 個人加起來一共只有 120 段 DNA 序列(reads),符合粒線體 DNA 的特徵(瘧原蟲是有粒線體的真核生物,跟細菌不一樣)。瘧原蟲粒線體一共有 5967 個鹼基對長,把 DNA 片段拼裝起來,一共能復原 3033 個鹼基對,約占全部的 50.8%。

將 53 個瘧原蟲的近親品系們,擺在一起製作親緣關係樹,結果顯示古羅馬瘧原蟲跟其餘 19 個惡性瘧原蟲樣本,都被歸類到同一個分枝,證實曾寄居在 2 位古羅馬人身上的,也屬於最兇惡的惡性瘧原蟲。可惜的是,由於復原的序列過於殘缺,沒辦法估計演化上的分家年代。

這項研究靠著古代 DNA,確認古羅馬人曾經感染瘧原蟲,證明古代文獻確實可信,瘧疾真的存在於 2000 年前的義大利。然而光憑兩地已知的 2 個病例,並不足以判斷瘧疾在羅馬帝國的分佈與肆虐狀況,更詳細的疾病歷史,仍有待更多研究方能知曉。

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參考文獻:
1. Researchers find overwhelming evidence of malaria’s existence 2,000 years ago
2. 鼠疫桿菌:伴隨人類 5000 年的死神
3. 反映古早人遷徙的胃幽門螺旋桿菌
4. Sandle, T. (2013). Pharaohs and Mummies: Diseases of Ancient Egypt and Modern Approaches. Journal of Ancient Diseases & Preventive Remedies, 2013.
5. Nerlich, A. G., Schraut, B., Dittrich, S., Jelinek, T., & Zink, A. R. (2008). Plasmodium falciparum in ancient Egypt. Emerging infectious diseases, 14(8), 1317.
6. Khairat, R., Ball, M., Chang, C. C. H., Bianucci, R., Nerlich, A. G., Trautmann, M., … & Pusch, C. M. (2013). First insights into the metagenome of Egyptian mummies using next-generation sequencing. Journal of applied genetics, 54(3), 309-325.
7. Hawass, Z., Gad, Y. Z., Ismail, S., Khairat, R., Fathalla, D., Hasan, N., … & Wasef, S. (2010). Ancestry and pathology in King Tutankhamun’s family. Jama, 303(7), 638-647.
8. Sallares, R., & Gomzi, S. (2001). Biomolecular archaeology of malaria. Ancient Biomolecules, 3(3), 195-213.
9. Marciniak, S., Prowse, T. L., Herring, A., Klunk, J., Kuch, M., Duggan, A. T., Bondioli, L., Holmes, E., Poinar, H. N. (2016) Plasmodium falciparum malaria in 1st–2nd century CE southern Italy. Current Biology, 26(23), R1220-R1222.

(作者部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名的粉絲團《同名的粉絲團》,歡迎參觀、拍打、與餵食)

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