Средневековые книги неожиданно оказались своеобразными биологическими архивами. Учёные извлекли древнюю ДНК из пергамента, изготовленного из шкур животных, и обнаружили следы вируса оспы овец. Находка позволила проследить историю опасного заболевания примерно на 3500 лет назад и показала, что старинные рукописи могут хранить информацию не только о текстах и культуре, но и об эпидемиях среди сельскохозяйственных животных.
Исследование провела международная команда генетиков, историков, вирусологов, специалистов по белкам и реставраторов под руководством Университетского колледжа Дублина. В работе использовались известные европейские рукописи, включая Йоркские Евангелия, а также другие документы, изготовленные из овечьих, козьих и телячьих шкур.
До распространения бумаги пергамент был одним из основных материалов для книг и документов в Европе. Его производство требовало огромного количества животных. Для одной крупной рукописи могли понадобиться десятки животных и сотни отдельных листов кожи. В результате старинная книга фактически сохраняет биологические следы целого стада, жившего много столетий назад.
Учёные смогли обнаружить на таком материале ДНК вируса оспы овец — Sheeppox virus. Это высокозаразное заболевание вызывает у животных повышение температуры, поражения кожи и другие тяжёлые симптомы. Молодые животные могут погибать, а у выживших снижается производство шерсти, мяса и молока, поэтому вспышки заболевания способны наносить серьёзный экономический ущерб.
Команда реконструировала 21 древний геном вируса. Исследованные образцы охватывали огромный временной промежуток — примерно от 1700 года до н. э. до начала XX века. В сочетании с современными штаммами и археологическими останками овец это позволило впервые подробно восстановить тысячелетнюю эволюцию возбудителя.
Одним из наиболее интересных результатов стало существенное удревнение истории оспы овец. Ранее генетическая история заболевания была известна значительно хуже, но новые данные указывают, что вирус существовал уже в бронзовом веке.
Этот период совпадает с важными изменениями в животноводстве. Люди всё активнее разводили овец, формировали большие стада и содержали животных относительно близко друг к другу. Такие условия создавали благоприятную среду для распространения инфекций и могли способствовать специализации вируса именно на овцах.
Исследователи предполагают, что предки современного возбудителя отделились от близкородственных вирусов примерно в этот период. После этого оспа овец могла распространяться вместе с перемещениями стад, торговыми маршрутами и миграцией людей.
Особенно необычным источником информации стали средневековые рукописи VIII–XIV веков. Вирусная ДНК сохранилась непосредственно внутри животной кожи, из которой изготовили страницы. Получается, что заражённая овца могла умереть или быть забита, её шкуру превращали в пергамент, а молекулярные следы инфекции оставались внутри материала на протяжении последующей тысячи лет.
При этом для получения образцов не обязательно вырезать куски из бесценных рукописей. Учёные используют практически неразрушающий метод. Поверхность пергамента осторожно обрабатывается специальным ластиком — похожая процедура давно применяется реставраторами для очистки документов.
После обработки остаются мельчайшие крошки материала. В них содержатся частицы кожи, белков и ДНК. Современные методы секвенирования позволяют извлекать из этих крошек генетическую информацию и определять не только вид животного, из которого был сделан лист, но иногда и присутствовавшие у него патогены.
Такой подход превращает библиотеки и архивы в огромные коллекции биологических образцов. В хранилищах по всему миру находятся миллионы пергаментных документов, многие из которых имеют достаточно точную дату и место происхождения. Для генетиков это крайне ценное преимущество: древний образец можно связать с определённым регионом и историческим периодом.
В некоторых изученных материалах вирусную ДНК обнаружили не только на овечьем пергаменте, но также на козьих и телячьих шкурах. Учёные пока не могут однозначно объяснить этот результат. Возможна передача инфекции между видами, однако не исключено и обычное загрязнение материала во время изготовления пергамента, когда шкуры разных животных обрабатывались рядом.
Ещё одним важным результатом стало наблюдение за темпами эволюции вируса. Геном Sheeppox virus оказался удивительно стабильным. За несколько тысяч лет он изменился значительно меньше, чем можно было бы ожидать для вирусного патогена.
Это отличает его, например, от вируса натуральной оспы человека, эволюционная история которого выглядит иначе. Стабильность генома может означать, что наиболее важные приспособления к овцам произошли ещё на раннем этапе развития возбудителя. После того как вирус успешно адаптировался к своему хозяину, необходимость в крупных генетических изменениях уменьшилась.
Для современных ветеринаров это наблюдение тоже представляет интерес. Понимание того, какие части генома почти не менялись тысячелетиями, может помочь определить критически важные для вируса механизмы и потенциальные мишени для профилактики и борьбы с заболеванием.
Оспа овец не является исключительно исторической инфекцией. Она по-прежнему встречается в некоторых регионах и способна вызывать крупные вспышки. Заболевание особенно опасно для стад, которые раньше с ним не сталкивались и поэтому имеют низкий уровень иммунной защиты.
Для современного сельского хозяйства существуют вакцины и системы ветеринарного контроля, однако крупные вспышки всё равно могут приводить к массовому уничтожению животных, ограничениям торговли и серьёзным финансовым потерям. Поэтому понимание долгосрочной эволюции вируса имеет практическое значение.
Не менее важным результатом исследования стал сам метод работы с историческими материалами. Пергамент теперь можно рассматривать не только как носитель письменного текста, но и как биологический документ. На его поверхности и внутри кожи могут сохраняться сведения о породах домашних животных, миграциях стад, торговле, сельском хозяйстве, микробах и инфекционных заболеваниях.
Например, анализ генома животного способен показать, к какой популяции оно относилось и насколько она была близка к современным породам. Если сравнить сотни документов из разных городов и столетий, можно реконструировать торговлю животными, изменение хозяйственных практик и последствия войн или эпидемий.
Патогенная ДНК добавляет к этой картине ещё один уровень. Исторические записи о болезнях сельскохозяйственных животных значительно хуже сохранились, чем сведения об эпидемиях среди людей. Средневековый хронист мог подробно описать чуму среди населения, но не оставить практически никакой информации о вирусной инфекции у овец.
Пергамент позволяет частично восполнить этот пробел. Если болезнь присутствовала среди животных, использованных для изготовления книг, её молекулярные следы могут сохраниться независимо от того, упоминал её кто-либо в письменных источниках или нет.
Исследователи считают, что библиотеки и архивы мира могут содержать множество пока неизвестных свидетельств древних эпидемий. Миллионы листов пергамента потенциально хранят ДНК животных и микроорганизмов из разных исторических периодов.
Главный результат новой работы заключается именно в демонстрации возможностей такого подхода. Учёные не просто обнаружили древний вирус, а смогли объединить информацию из средневековых рукописей, археологических останков и современных образцов и восстановить около 3500 лет его эволюционной истории.
В результате книги, созданные много веков назад ради сохранения религиозных, юридических и литературных текстов, сегодня становятся неожиданным источником знаний о биологии прошлого. Каждая страница из животной кожи может одновременно быть историческим документом, генетическим образцом и свидетельством заболеваний, с которыми сталкивались сельскохозяйственные животные сотни и даже тысячи лет назад.