Research press release


Scientific Reports

Microbiology: Identifying bacterial ‘culprits’ in ancient human samples


感染症の起源と公衆衛生について研究する際に直面する難題の1つは、古代のヒト遺骸に含まれるDNAが通常、大きく劣化・分解しており、感染していた病原体のDNAがそのうちごく少数の成分として含まれていることである。そのため、塩基配列に基づくメタゲノム解析では高コストとなり、時間もかかってしまう。Hendrik Poinarたちは今回、現代の臨床標本で汎用性が十分に確認されているマイクロアレイ法を使うことで、構成の複雑な標本内の微生物多様性を迅速かつ包括的に捉えられる可能性があることを示した。この方法であれば、ハイスループット・スクリーニング法のように解析に長い時間や高い費用が掛かることもない。

今回の研究では、ローレンス・リバモア微生物検出アレイ(LLMDA)を使って、西暦1849年の腸管標本に含まれるコレラ菌(Vibrio cholerae)など、また、1348年の歯に含まれるペスト菌(Yersinia pestis)など、過去に検出済みの多数のヒト病原細菌を確認することができた。この知見から、LLMDAによって、古代の標本に含まれている死因となった病原細菌や共感染していた病原細菌を特定できることが実証された。また、微生物のプロファイルを短時間に安価かつ高精度で再構築できるマイクロアレイ法が、考古学標本をスクリーニングするための有用な手段にもなりうることが明らかになった。

A new way to screen ancient human remains for infectious disease is reported in the journal Scientific Reports this week. The proof-of-principle study uses a microbial detection array to correctly identify the DNA of the previously verified bacterial pathogen in two ancient human samples. The technique may represent an efficient and inexpensive palaeopathological tool to study health across time as well as space.

One of the challenges facing research into the origins of infectious disease and population health is that ancient human remains typically contain highly degraded DNA in which the infecting species often represent minority components. This can make sequence-based metagenomic analyses costly and time-consuming. Hendrik Poinar and colleagues suggest that microarrays, whose versatility is well established for modern clinical specimens, might offer a rapid but comprehensive snapshot of microbial diversity in complex samples without the lengthy analysis and high costs associated with high-throughput screening.

The authors use the Lawrence Livermore Microbial Detection Array (LLMDA) to successfully identify previously verified bacterial human pathogens, including Vibrio cholerae (cholera) in an intestinal specimen from AD 1849 and Yersinia pestis (‘Black Death’ plague) in a tooth from AD 1348. The findings demonstrate that the LLMDA can identify primary and/or co-infecting bacterial pathogens in ancient samples. The research highlights the potential of microarrays to become a useful screening tool for archaeological samples whereby microbial profiles can be swiftly, cheaply and accurately reconstructed.

doi: 10.1038/srep04245

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