Citatul, „Fiecare dinte din capul unui barbat este mai valoros decat un diamant”, trebuie sa sune foarte adevarat pentru biochimistul Robert Layfield si Anisur Rahman, expert in boli reumatice autoimune si durere cronica.
Dintii gasiti in scheletele vechi si curiozitatea pentru ceea ce ar putea contine au fost cei care i-au adus impreuna pe acesti oameni de stiinta din doua domenii foarte diferite pentru un efort fascinant.
Fiecare dinte este format din diferite straturi – in interiorul dintelui se afla pulpa dentara, care este alcatuita din vase de sange, nervi si tesuturi diferite, in timp ce exteriorul dintelui este acoperit de smaltul protector. Interiorul dintelui poate fi conservat pentru perioade lungi de timp si ofera o multitudine de informatii arheologice, cum ar fi varsta individului, sexul, etnia si, potential, bolile de care sufereau.
Studiile anterioare au aratat ca dintii persoanelor decedate pot inca adaposti celule rosii intacte, ADN, ARN si diverse alte proteine. De fapt, oamenii de stiinta au primit anul trecut Premiul Nobel pentru Fiziologie si Medicina pentru munca lor in extragerea ADN-ului antic din oase, care a contribuit foarte mult la intelegerea noastra a trecutului nostru.
Cu toate acestea, ceea ce i-a captivat pe Rahman si Layfield a fost posibilitatea de a gasi anticorpi intacti, proteine complexe generate de sistemul imunitar pentru a lega si neutraliza agentii patogeni, deoarece prezenta lor ar oferi o oportunitate de a investiga o infectie trecuta distincta ca urmare a „memoriei lor moleculare” .
Cei doi au publicat recent o lucrare intriganta in care au izolat anticorpi complet functionali care au fost inghetati in timp timp de aproximativ 800 de ani si totusi inca sunt capabili sa lege un virus care infecteaza multi oameni astazi.
Rahman si Layfield si-au facut timp sa ne aduca in aceasta calatorie fascinanta, explorand istoria umanitatii si agentii patogeni care ne-au afectat de secole.
In lucrarea ta de cercetare recenta, lucrezi cu dinti umani medievali extrasi din schelete. De unde au venit aceste schelete?
Robert Layfield (RL): Sunt din colectia Chester Greyfriars din nord-vestul Angliei. Probele au fost disponibile prin colaboratorii de la Universitatea Liverpool John Moores, iar acesti dinti dateaza intre anii 1285 si 1470 CE.
Anisur Rahman (AR): Povestea adevarata aici este doua persoane si doua grupuri care nu s-ar fi intalnit niciodata si nu ar fi lucrat niciodata unul cu celalalt din domenii complet diferite, cumva venind impreuna intamplator.
Rob si grupul sau fusesera interesati de bolile osoase antice si au publicat o lucrare despre o boala medievala, care este o boala a osului in care s-ar observa anomalii in scheletul celor afectati, astfel incat sa puteti dovedi in mod fiabil ca un schelet a avut boala Paget.
RL: Ulterior, grupul meu a studiat un schelet diferit cu niste gravuri pe oasele faciale care au aratat ca osul s-a erodat. Ne-am intrebat ce boli ar putea afecta fata si o posibilitate a fost lupusul eritematos sistemic, cunoscut si sub numele de lupus.
Prin urmare, echipa lui Layfield a contactat LUPUS UK, o organizatie de caritate pentru pacienti din Regatul Unit, intreband daca cunosc pe cineva care ar putea sa-i ajute, asa ca LUPUS UK l-a pus in legatura cu grupul lui Rahman.
AR: Ar fi fost usor sa spunem nu pentru ca eram destul de increzatori ca nu este lupus, dar colegul meu Thomas McDonnell si cu mine ne-am gandit ca este foarte interesant si nu ne-ar face rau sa aflam mai multe.
Nu am crezut ca este probabil sa fie lupus, deoarece patologia acelei boli este ca eruptia este foarte superficiala. Nu ar putea manca niciodata prin fata pana in oase. Cu toate acestea, daca este necesar, am putea testa proprietatile de legare ale anticorpilor extrasi din schelet. Asta ne-a determinat sa ne intrebam daca am putea dovedi ca anticorpii din probele osoase au capacitatea de a lega antigenele.
Exista restrictii etice pe care trebuie sa le luati in considerare? A fost definit in mod explicit din ce parte a corpului ati putea preleva mostre?
RL: Studiul acestor schelete nu este acoperit de restrictiile etice din Marea Britanie care implica Human Tissue Act, care controleaza tesuturile de la pacientii actuali. Cu toate acestea, exista linii directoare si indrumari foarte clare cu privire la manipularea ramasitelor umane, desi acestea au sute de ani.
Motivul pentru care lucram cu dintii este ca arheologii par sa fie mai fericiti sa imparta dintii. Este mai putin distructiv pentru resturile generale sa scoti dintele si, de asemenea, acestea pot fi inlocuite cu modele. Este intr-adevar despre comoditate si nu s-a planificat neaparat ca dintele sa fie locul unde sa mergi in cautarea acestor lucruri.
Avem nevoie de orice tesut osos cu o cantitate buna de sange, deoarece presupunem ca acesti anticorpi provin din sange care a fost capturat. Intr-un alt studiu cu mostrele noastre de mamut, am reusit sa obtinem anticorpi si din osul femurului. Am argumenta ca orice tesut mineralizat cu o cantitate buna de sange este o tinta probabila pentru a gasi anticorpi.
AR: As spune ca gura este o zona foarte activa din punct de vedere imunologic in care te-ai astepta sa fie prezenti multi anticorpi, asa ca daca mi-ai da de ales, as prefera dintii decat osul.
Exista dinti anumiti care functioneaza cel mai bine?
RL: Important este aprovizionarea cu sange, asa ca un molar ar putea avea o cantitate de sange putin mai buna decat alti dinti, dar trebuie sa testati cu dinti diferiti pentru a sti.
Ai banuit ca aceste schelete au boli. Ce cautai si de ce?
RL: Nu este neobisnuit in evidenta arheologica sa gasesti semne de boala, cum ar fi osteoporoza sau artrita. Selectam conditii in care am putea anticipa acest tip de modificare a semnalizarii imunitare sau, de asemenea, a sistemului imunitar. Doua dintre scheletele pe care le-am analizat aveau dovezi de artrita reumatoida si osteoporoza, care, din nou, sunt destul de comune in evidentele arheologice si s-ar putea anticipa disfunctie imunitara.
AR: Nu este atat de multa imunitate pentru ca osteoporoza si boala Paget nu sunt cu adevarat boli ale sistemului imunitar. Sunt boli care isi lasa amprenta asupra oaselor. Nu veti gasi un semn pe os cu varicela sau malarie, de exemplu.
Acum vreo zece ani, am fost implicat intr-un proiect similar in care au dezgropat un schelet si au fost convinsi ca are artrita reumatoida. Lucrul interesant era ca artrita reumatoida nu trebuia sa existe in Europa inainte de anii 1300, iar acest schelet era mai vechi. Ei au crezut ca au gasit cel mai vechi schelet reumatoid si asa ca ne-au trimis toate razele X si probele si am chemat un patolog si un radiolog pentru a examina datele si nu a fost concludent. Ne-ar fi placut sa spunem ca acestea sunt eroziuni caracteristice ale reumatoidei, dar nu a fost suficient de clar. Lupusul, in care sunt specializata, poate avea efecte asupra osului, dar este mult mai rar.
RL: Anisur a mentionat la inceput despre cercetarile noastre despre boala antica Paget, care este o afectiune osoasa. Am descoperit unele dintre modificarile proteinelor asociate bolii din dintii scheletelor medievale cu aceasta boala si aceasta descoperire ne-a mutat de la oase la dinti.
Motivul pentru care am luat in considerare dintii a fost pentru ca, in paralel, a existat o analiza ADN antica efectuata pe mostre de dinti si a ramas material din dinti. Acest lucru a fost intr-adevar destul de neasteptat, deoarece Paget este o afectiune osoasa si dintii nu sunt os, dar exista modificari patologice ale proteinelor din dinti care le oglindesc pe cele observate in osul antic afectat de boala Paget.
Cum ai probat dintii?
RL: Incepem prin a slefui dintii doar cu un pistil si un mortar si exista protocoale standard pentru extractia proteinelor antice. Apoi, protocolul implica decalcifiere, indepartarea calciului sau a fosfatului de calciu, iar asta lasa doar proteine. Este o extractie secventiala foarte simpla si foarte bruta, desi in conditii curate. Acea fractie purificata a revenit lui Anisur si Thomas de la UCL, deoarece au experienta de a extrage anticorpi functionali din acele extracte de proteine brute, care contin ele insele sute de proteine antice care sunt conservate.
AR: Trebuie sa va concentrati pe ceea ce v-ar putea interesa, deoarece exista atat de multe proteine, iar in cazul nostru, ne-am concentrat pe anticorpi. Presupun ca daca ati avea suficienta proba, ati putea sa o treceti printr-un spectrometru de masa pentru a vedea ce aveti acolo, dar nu sunt sigur ca asta face parte din plan pentru moment. Cautam anumiti anticorpi, mai degraba decat sa ne uitam la tot.
RL: Alte grupuri au observat prezenta secventelor de anticorpi destul de mult timp in aceste extracte de proteine antice, dar nimeni nu a intrebat cu adevarat daca sunt prezenti anticorpi intregi. De fapt, a existat o lucrare in literatura care sugera ca anticorpii erau prost conservati si asta facea parte din motivatia de a dori sa testam noi insine aceasta idee.
Ati putea descrie ce sunt anticorpii in termeni generali si de ce i-ati cautat in special?
AR: Anticorpii sunt moleculele cheie ale sistemului nostru imunitar, care ne protejeaza impotriva bolilor. Anticorpii sunt molecule foarte specializate care pot recunoaste proteine straine precum bacterii, virusi, paraziti si asa mai departe. Anticorpii sunt formati din patru lanturi, doua grele si doua usoare.
Lucrul inteligent la ei este ca aceste lanturi pot varia in secventa, astfel incat fiecare anticorp are o anumita functie. Puteti avea anticorpi specifici impotriva gripei, Epstein-Barr sau COVID-19, de exemplu. Sunt concepute pentru a recunoaste si ataca organismele straine.
Intrebarea era daca exista doar fragmente de anticorpi, cum ar fi un lant sau fragmente de lanturi, sau exista anticorpi intregi. In grupul nostru, purificam o multime de anticorpi din mostre de pacienti pe coloane, care sunt foarte buni la tragerea anticorpilor dintr-un amestec, si asta a facut colegul meu Thomas. Puteti spune daca anticorpii sunt molecule complete sau nu prin diferite tehnici biochimice, cum ar fi curatarea lor pe geluri, vedea ce dimensiune au si reducerea lor chimica pentru a vedea daca se sparg in lanturi grele si usoare. Veti vedea in lucrare ca exista geluri care arata ca anticorpul din scheletul antic este situat in acelasi loc pe gel in care un anticorp uman modern ruleaza langa el.
Aceasta a fost dovada ca anticorpii exista intr-o forma intreaga, dar asta nu dovedeste ca sunt inca functionali. Pentru a dovedi ca sunt functionale, trebuie sa demonstrezi ca inca leaga ceva.
Existau toate sansele ca toata chestia asta sa nu fi fost niciodata publicata si toate sansele sa nu gasim anticorpi intregi in aceste probe. La fiecare etapa, pe masura ce pasii continuau sa functioneze, pur si simplu am trecut la pasul urmator. In cele din urma, a revenit echipei lui Rob si a vrut sa testeze acesti anticorpi impotriva a ceva si sa vada daca se leaga.
RL: Anisur a ajutat la alegerea virusului Epstein-Barr ca agent patogen cu care ne-am astepta sa reactioneze majoritatea anticorpilor si asadar am folosit o tehnica numita western blot, care este o tehnica chimica a proteinelor destul de standard pentru a arata functionalitatea anticorpilor.
Cum functioneaza western blot?
RL: Western blot este o tehnica analitica foarte frecvent utilizata pe care chimistii proteici o aplica pentru a detecta prezenta unor proteine specifice intr-o proba biologica. In acest caz, anticorpul este folosit ca instrument nu numai pentru a confirma prezenta, ci si pentru a obtine informatii despre dimensiunea si modificarile proteinei.
Le-am intors lucrurile si am folosit western blot pur si simplu pentru a arata ca anticorpii antici purificati inca mai aveau reactivitate cu un semnal pozitiv pe western blot. Asta a implicat luarea unei proteine virusului Epstein-Barr, separarea acesteia pe un sistem de electroforeza si apoi incercarea de a detecta proteina respectiva cu anticorpul nostru.
Semnalul pozitiv pe care l-am vazut ne-a spus ca anticorpul si-a pastrat inca capacitatea de a se lega de una dintre tintele sale virale; una dintre proteinele virusului Epstein-Barr.
Cum se face ca acesti anticorpi erau inca intacti si functionau bine dupa toti acesti ani?
AR: As intoarce aceasta intrebare pe cap. De ce nu ar trebui anticorpii sa fie functionali? Nu trebuie expusi la proteaze sau reductaze [compusi care digera anticorpii] deoarece se afla in interiorul dintelui. In esenta, este o camera incuiata in interiorul dintelui in care nimic periculos pentru anticorp nu poate intra pentru a digera anticorpul.
RL: In aceasta conversatie, exista unele dovezi ca fosfatul de calciu, care este principala componenta anorganica a dintilor si oaselor, este el insusi protector fata de proteine. Mecanismul este probabil ca ajuta la excluderea apei si a enzimelor, cum ar fi proteazele, care au nevoie de apa ca cofactor pentru a descompune alte proteine.
Un alt lucru la care trebuie sa ne gandim este ca proteinele sunt construite din aminoacizi si sunt construite cu legaturi peptidice. Legatura dintre moleculele insesi este o legatura covalenta si acestea sunt legaturi cu adevarat puternice, asa ca cateva mii de ani pe o scala de timp evolutiva de milioane de ani nu este chiar lunga. Unele dintre lucrarile din domeniu au aratat ca proteine vechi de sase sau sapte milioane de ani sunt conservate in alte materiale calcificate.
AR: Cred ca calcificarea este foarte importanta si unul dintre multele lucruri minunate despre aceasta cercetare este ca, desi Rob spune ca nu este surprinzator, este complet contraintuitiv. N-ai fi ghicit niciodata. Ma gandesc daca in urma cu cinci ani, inainte sa-l cunosc pe Rob, daca un student la medicina m-ar fi intrebat daca anticorpii pot supravietui sute de ani, as spune ca este foarte putin probabil.
RL: De altfel, cand mi-am inceput cariera de cercetare, probabil acum 30 de ani, neuropatologul nostru consultant a venit sa ma vada cu tesut cerebral care fusese pastrat in formaldehida timp de doi sau trei ani. Mi-a cerut sa analizez proteinele din acest material.
Ca chimist de profesie, am spus ca nu, pentru ca aceasta este o substanta chimica care leaga proteinele. Am ajuns sa incerc oricum si am gasit proteine amiloide, care sunt proteine asociate bolii, care erau incredibil de bine conservate. Cred ca aceasta idee de a avea mereu o minte deschisa este intr-adevar una dintre lectiile intarite de studiul nostru.
De ce ar fi prezenti anticorpi impotriva virusului Epstein – Barr in dinti?
AR: Pentru a fi sincer, in feedul Twitter oamenii au atribuit tot felul de idei inteligente motivului pentru care am ales sa testam virusul Epstein-Barr, dar, in realitate, a fost doar cea mai buna presupunere a noastra. M-am gandit ca nu stim absolut nimic despre aceste schelete si nu stim cu ce infectii au fost in contact. Daca imi dai o proba aleatorie de la o fiinta umana astazi si ma intrebi ce anticorpi cred ca ar putea avea fiinta umana, as merge cu virusul Epstein-Barr, deoarece acesta a infectat aproximativ 90% dintre fiintele umane.
Nu stiam sigur daca asta era inca adevarat in secolele al XII-lea sau al XIII-lea, dar nu ma pot gandi la un alt virus care sa aiba o prevalenta atat de mare de anticorpi impotriva acestuia. Echipa lui Rob a spus apoi ca ar putea cumpara antigenul pentru Epstein-Barr din comert si ar putea testa orice reactivitate. Nu a fost nimic mai complex decat cea mai buna presupunere a noastra.
RL: As prezice ca sunt doar o proba din circulatie si aproape sigur vor exista anticorpi impotriva altor agenti patogeni prezenti in probe.
Ce inseamna detectarea antigenelor contemporane ale virusului Epstein – Barr in ceea ce priveste evolutia virusului?
AR: Cred doar ca Epstein-Barr este probabil un virus conservat si a existat in acele vremuri, desi nu stiu de fapt daca Epstein-Barr a fost inregistrat oficial ca fiind pe atunci.
Exista o intreaga stiinta a medicinei istorice si oameni care incearca sa stabileasca daca anumite figuri din istorie au avut anumite boli. Odata mi s-a trimis o lucrare pentru a revizui, incercand sa demonstrez ca Jane Austen, celebra autoare, avea lupus. De obicei, nu as fi acceptat aceasta invitatie de recenzie, dar o iubesc foarte mult pe Jane Austen si eram curios cum vor dovedi acest lucru.
Ceea ce facusera a fost sa-i citeasca jurnalele si au preluat descrierile ei despre trezirea cu o eruptie cutanata sau oboseala teribila si au pus totul impreuna intr-o poveste uimitoare ca trebuie sa fi avut lupus. Am respins lucrarea pentru ca, desi interesanta, nu era deloc stiinta in ea.
Ar putea orice tip de anticorp prezent la momentul mortii sa fie izolat de dinti secole mai tarziu sau exista restrictii cu privire la ceea ce puteti gasi?
RL: Teoretic, nu. Nu exista alte restrictii decat prezenta in primul rand. Exista si alte studii care au folosit alte abordari imunologice pentru a incerca sa gaseasca dovezi ale reactivitatii anticorpilor antici si indica faptul ca conditiile sunt critice pentru conservarea probelor. Ar fi o presupunere, dar cred ca este pe deplin fezabil ca si alte tulburari sa poata fi detectate cu anticorpi.
Cineva m-a abordat recent sa ma intrebe despre boala de transpiratie englezeasca. Aceasta a fost o tulburare, dupa cum am inteles, in care ai inceput sa transpiri si 30 de minute mai tarziu ai plecat. Ar fi putut fi cauzat de un virus?
AR: A fost un timp in anii 1530 cand o multime din Londra a avut boala de transpiratie. Oamenii isi trimiteau copiii la tara si ii evacuau din Londra, asa ca este o boala binecunoscuta, dar din cate stiu, nimeni nu stie care a fost organismul care a provocat-o.
Ar fi posibil sa se extraga agenti infectiosi intregi din dinti?
AR: In afara de virusi, agentii infectiosi sunt lucruri vii, asa ca nu cred ca o bacterie ar trai sute de ani, deoarece are nevoie de energie pentru a supravietui si a se divide. Poate ai putea avea o particula de virus intacta, dar nu stiu destule despre stomatologie ca sa stiu sigur.
Ati explorat, de asemenea, potentialul de a izola anticorpi dintr-un femur de mamut. Intentionati sa cautati in viitor dovezi ale altor anticorpi sau chiar boli infectioase in schelete?
RL: Ne-ar placea. Cred ca cercetarea cu adevarat interdisciplinara si obtinerea de finantare pentru a face asta este inca noua si o mica provocare. Peisajul se schimba totusi, iar Marea Britanie lanseaza scheme specifice care sunt directionate catre o cercetare interdisciplinara autentica.
AR: Ma gandeam sa ma uit la cauza ciumei ateniene. Este vorba de a crea o poveste buna si de a obtine acces la materiale. De exemplu, ma gandeam sa vorbesc cu departamentul de clasici de la UCL pentru a vedea ce fel de colectii au.
Fiul meu a facut o diploma de clasica si a aflat despre ciuma de la Atena, care a avut loc in secolul al V-lea i.Hr. si despre care a scris Tucidide, si nimeni nu stia ce a cauzat-o. Daca ai putea dezgropa niste schelete din acele vremuri, s-ar putea sa afli la ce agenti patogeni au avut anticorpi si asta ar fi foarte interesant.
RL: Speram ca publicitatea ii va atrage pe arheologi, desi cu siguranta oamenii de stiinta de baza si arheologii lucreaza in moduri foarte diferite, iar arheologii tind sa fie de inteles sa protejeze colectiile lor, dar ne-ar placea sa fim abordati.
