Während der gesamten Geschichte unseres Planeten haben Menschen mit Bakterien und Viren koexistiert. Wir suchten nach Wegen, um der Beulenpest und den Pocken zu widerstehen, und als Reaktion darauf suchten sie nach Wegen, uns zu infizieren. Wir verwenden seit fast einem Jahrhundert Antibiotika, seit Alexander Fleming Penicillin entdeckt hat. Als Reaktion darauf haben die Bakterien eine Antibiotikaresistenz entwickelt. Es gibt kein Ende der Schlacht. Wir verbringen so viel Zeit mit Krankheitserregern, dass wir uns abwechselnd gegenseitig überraschen. Was passiert jedoch, wenn wir plötzlich auf tödliche Bakterien und Viren stoßen, die seit Tausenden von Jahren nicht mehr angetroffen oder nie gesehen wurden?
Vielleicht werden wir es bald herausfinden. Der Klimawandel führt zum Schmelzen von Permafrostböden, die seit Tausenden von Jahren gefroren sind, und wenn der Boden schmilzt, entstehen alte Viren und Bakterien, die zum Leben erweckt werden und zum Leben zurückkehren.
Im August 2016 starb in einer abgelegenen Ecke der sibirischen Tundra auf der Halbinsel Yamal ein 12-jähriger Junge, und mindestens zwanzig Menschen wurden nach einer Anthrax-Infektion ins Krankenhaus eingeliefert.
Es wurde vermutet, dass vor mehr als 75 Jahren ein mit Anthrax infizierter Hirsch starb und sein gefrorenes Skelett unter einer Schicht gefrorener Erde unter Permafrost gefangen war. Er blieb dort bis zum Sommer 2016, als der Permafrost aufgrund starker Hitze auftaute. So gab sie die Leiche eines Hirsches und eine Anthrax-Infektion in die nächsten Gewässer und Böden und dann in die Nahrungsversorgung frei. Menschen sind bedroht.
Das Beängstigende ist, dass dies möglicherweise kein Einzelfall ist.
Die Erde erwärmt sich und taut mehr Permafrost auf. Unter normalen Bedingungen tauen die etwa 50 Zentimeter tiefen Oberflächenschichten des Permafrosts jeden Sommer auf. Durch die globale Erwärmung werden jedoch allmählich alte Permafrostschichten freigelegt.
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Gefrorener mehrjähriger Boden ist ein idealer Ort, an dem Bakterien lange Zeit, vielleicht Millionen von Jahren, am Leben bleiben können. Dies bedeutet, dass schmelzendes Eis möglicherweise die Krankheitskiste einer Pandora öffnen könnte.
Die Temperaturen am Polarkreis steigen rapide an, etwa dreimal schneller als im Rest der Welt. Andere Infektionserreger können ebenfalls austreten.
„Permafrost ist ein ausgezeichneter Hüter von Keimen und Viren, da es kalt, dunkel und sauerstoffarm ist“, sagt der Evolutionsbiologe Jean-Michel Claverie von der Universität Aix-Marseille in Frankreich. "Pathogene Viren, die Tiere und Pflanzen infizieren können, wurden möglicherweise in alten Permafrostschichten des Bodens gespeichert, einschließlich solcher, die in der Vergangenheit globale Epidemien verursacht haben."
Allein im frühen 20. Jahrhundert starben mehr als eine Million Rentiere an Anthrax. Im Norden ist es nicht einfach, tiefe Gräber zu graben, daher wurden die meisten dieser Kadaver in 7.000 verstreuten Gräbern in Nordrussland nahe der Oberfläche begraben.
Was könnte sonst noch unter der gefrorenen Erde versteckt sein?
Menschen und Tiere sind seit Hunderten von Jahren im Permafrost begraben, so dass möglicherweise auch andere Infektionserreger austreten. Zum Beispiel haben Wissenschaftler Fragmente der RNA des spanischen Grippevirus in Leichen gefunden, die massiv in der alaskischen Tundra begraben sind. Pocken und Beulenpest sind auch in Sibirien begraben. In einer Studie aus dem Jahr 2011 schrieben Boris Revich und Marina Podolnaya: "Infolge des Auftauens des Permafrosts können Vektoren tödlicher Infektionen des 18. und 19. Jahrhunderts zurückkehren, insbesondere in der Nähe von Friedhöfen, auf denen Opfer dieser Infektionen begraben wurden."
In den 1890er Jahren kam es in Sibirien zu einer schweren Pockenepidemie. Eine Stadt verlor bis zu 40% ihrer Bevölkerung. Die Leichen wurden unter der oberen Permafrostschicht am Ufer des Kolyma begraben. Nach 120 Jahren begannen Überschwemmungen des Kolyma-Flusses die Ufer zu erodieren, und das Schmelzen des Permafrosts beschleunigte diesen Erosionsprozess.
In einem Projekt, das in den 1990er Jahren begann, untersuchten Wissenschaftler des staatlichen wissenschaftlichen Zentrums für Virologie und Biotechnologie in Nowosibirsk die Überreste steinzeitlicher Menschen, die in Südsibirien im Altai gefunden wurden. Sie untersuchten auch Proben von Leichen von Menschen, die während der Virusepidemien im 19. Jahrhundert starben und im Permafrost Russlands begraben wurden.
Wissenschaftler sagen, sie haben Körper mit Geschwüren gefunden, die für Pockenflecken charakteristisch sind. Obwohl sie das Pockenvirus selbst nicht fanden, fanden sie DNA-Fragmente.
Natürlich ist dies nicht das erste Mal, dass in Eis gefrorene Bakterien wieder zum Leben erweckt werden.
In einer Studie aus dem Jahr 2005 haben NASA-Wissenschaftler Bakterien, die in einem gefrorenen Teich in Alaska gefangen sind, 32.000 Jahre lang erfolgreich wiederbelebt. Eine Mikrobe namens Carnobacterium pleistocenum wurde seit dem Pleistozän eingefroren, als Wollmammuts noch die Erde durchstreiften. Sobald das Eis geschmolzen war, begannen sie wieder zu schwimmen, als wäre nichts passiert.
Zwei Jahre später konnten Wissenschaftler ein 8 Millionen Jahre altes Bakterium wiederbeleben, das in den Tälern Beacon und Mullins in der Antarktis unter einem Gletscher im Eis geschlafen hatte. In derselben Studie wurden Bakterien aus mehr als 100.000 Jahre altem Eis gewonnen.
Allerdings können nicht alle Bakterien nach dem Einfrieren in Permafrost wieder zum Leben erweckt werden. Die Anthrax-Bakterien können dies tun, weil sie extrem robuste Sporen bilden, die sehr lange gefroren leben können.
Andere Bakterien, die Sporen bilden und somit im Permafrost überleben können, sind Tetanus und Clostridium botulinum, die für Botulismus verantwortlich sind, eine seltene Krankheit, die Lähmungen und den Tod verursachen kann. Einige Pilze können auch lange im Permafrost überleben.
Einige Viren können auch lange überleben.
In einer Studie aus dem Jahr 2014 haben Wissenschaftler unter der Leitung von Claveri zwei Viren wiederbelebt, die 30.000 Jahre lang im Permafrost Sibiriens gefangen waren. Bekannt als Pithovirus sibericum und Mollivirus sibericum, werden sie als "Riesenviren" angesehen, da sie im Gegensatz zu den meisten Viren so groß sind, dass sie unter einem normalen Mikroskop gesehen werden können. Sie wurden in einer Tiefe von 30 Metern in der Küstentundra gefunden.
Viren wurden unmittelbar nach der Wiederbelebung ansteckend. Zum Glück infizieren diese speziellen Viren nur einzellige Amöben. Untersuchungen legen jedoch nahe, dass andere Viren, die Menschen infizieren können, ebenfalls wiedergeboren werden können.
Darüber hinaus muss die globale Erwärmung keinen Permafrost schmelzen, um eine Bedrohung darzustellen. Während das arktische Meereis schmilzt, ist die Nordküste Sibiriens auf dem Seeweg leichter zu erreichen. Offensichtlich wird seine industrielle Entwicklung rentabler, einschließlich der Gewinnung von Gold und Mineralien, der Bohrung von Ölquellen und der Gewinnung von Erdgas.
"Im Moment sind diese Bereiche leer und niemand berührt die tiefen Schichten des Permafrosts", sagt Claverie. „Diese alten Schichten können jedoch bei Ausgrabungs- und Bohrarbeiten erhalten werden. Wenn dort noch lebensfähige Virionen leben, wird es eine Katastrophe sein."
Riesenviren können die wahrscheinlichsten Schuldigen bei einem Virusausbruch sein.
"Die meisten Viren werden außerhalb der Wirtszellen aufgrund von Licht, Austrocknung oder spontanem biochemischen Abbau schnell inaktiviert", sagt Claverie. „Wenn beispielsweise ihre DNA beschädigt ist und nicht repariert werden kann, sind Viren nicht mehr infektiös. Unter den bekannten Viren sind Riesenviren jedoch normalerweise sehr zäh und persistent."
Claverie sagt, dass Viren von den frühesten Menschen, die in der Arktis leben, auftauchen könnten. Wir könnten sogar Viren von lang ausgestorbenen Hominidenarten wie den Neandertalern und Denisovanern sehen, die sich in Sibirien niederließen und verschiedenen Viruserkrankungen ausgesetzt waren. In Russland wurden die Überreste von 30-40.000 Jahre alten Neandertalern gefunden. Die menschliche Bevölkerung hat dort gelebt, war krank und starb seit Tausenden von Jahren.
„Die Möglichkeit, dass wir uns mit dem Virus eines längst ausgestorbenen Neandertalers infizieren könnten, legt nahe, dass die Vorstellung, dass das Virus vom Planeten ausgerottet werden kann, falsch ist und uns ein falsches Gefühl der Sicherheit gibt. Aus diesem Grund sollten die Impfstoffvorräte für alle Fälle aufbewahrt werden. “
Seit 2014 analysiert Claverie den DNA-Gehalt im Permafrost auf der Suche nach der genetischen Signatur von Viren und Bakterien, die Menschen infizieren können. Er fand viele Bakterien, die für den Menschen gefährlich sein können. Bakterien haben DNA, die für Virulenzfaktoren kodiert: Moleküle, die pathogene Bakterien und Viren produzieren und die ihre Fähigkeit erhöhen, einen Wirt zu infizieren.
Claveries Team entdeckte auch mehrere DNA-Sequenzen, die anscheinend von Viren stammen, einschließlich Herpes. Es wurden jedoch noch keine Spuren von Pocken gefunden. Aus offensichtlichen Gründen versuchten sie nicht, einen der Krankheitserreger wiederzubeleben.
Es kann durchaus sein, dass Krankheitserreger, an die sich die Menschen bereits nicht gewöhnt haben, an anderen Orten auftreten können, nicht nur durch Eis oder Permafrost.
Im Februar 2017 sagten NASA-Wissenschaftler, sie hätten in einer mexikanischen Mine in Kristallen 10-50.000 Jahre alte Mikroben gefunden. Diese Bakterien befanden sich in der Höhle der Kristalle, Teil einer Mine in Naiza im Norden Mexikos. Die Höhle enthält viele milchig weiße Kristalle des Minerals Selenit, das sich über Hunderttausende von Jahren gebildet hat.
Die Bakterien waren in kleinen, flüssigen Kristalltaschen gefangen, aber sobald sie herausgenommen wurden, lebten sie wieder auf und begannen sich zu vermehren. Diese Mikroben sind genetisch einzigartig und möglicherweise neue Arten, aber Wissenschaftler haben ihre Arbeit noch nicht veröffentlicht.
Noch ältere Bakterien wurden in der 300 Meter unter der Erde gelegenen Lechugilla-Höhle in New Mexico gefunden. Diese Mikroben haben die Oberfläche seit über 4 Millionen Jahren nicht mehr gesehen. Die Höhle hat noch nie Sonnenlicht gesehen und ist seit 10.000 Jahren von Oberflächengewässern isoliert.
Trotzdem erwiesen sich die Bakterien als resistent gegen 18 Arten von Antibiotika, darunter Medikamente, die als "letzte Hürde" im Kampf gegen Infektionen galten. In einer im Dezember 2016 veröffentlichten Studie stellten Wissenschaftler fest, dass die als Paenibacillus sp. LC231 waren gegen 70% der Antibiotika resistent.
Da die Bakterien vier Millionen Jahre lang vollständig in der Höhle isoliert waren, kamen sie nicht mit Menschen oder den Antibiotika in Kontakt, mit denen wir Infektionen behandeln. Es stellt sich heraus, dass ihre Antibiotikaresistenz irgendwie anders aussah.
Wissenschaftler glauben, dass Bakterien, die unter anderem den Menschen nicht schädigen, eine natürliche Antibiotikaresistenz entwickeln. Das heißt, diese Antibiotikaresistenz besteht seit Millionen oder sogar Milliarden von Jahren.
Offensichtlich konnte sich in der Klinik während des Einsatzes von Antibiotika keine solche Antibiotikaresistenz entwickeln.
Der Grund dafür ist, dass viele Arten von Pilzen und sogar andere Bakterien auf natürliche Weise Antibiotika produzieren, um einen Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Mikroben zu erzielen. So entdeckte Fleming erstmals Penicillin: Die Bakterien in der Petrischale starben, nachdem sie mit Antibiotika produzierenden Schimmelpilzen kontaminiert waren.
In Höhlen, in denen es kaum Nahrung gibt, müssen Organismen rücksichtslos sein, wenn sie überleben wollen. Bakterien wie Paenibacillus mussten möglicherweise eine Antibiotikaresistenz entwickeln, um den Tod durch konkurrierende Organismen zu vermeiden.
Dies erklärt, warum Bakterien nur gegen natürliche Antibiotika resistent sind, die von Bakterien und Pilzen stammen und etwa 99,9% aller von uns verwendeten Antibiotika ausmachen. Bakterien sind noch nie auf künstliche Antibiotika gestoßen, daher haben sie keine Resistenz gegen sie.
"Unsere Arbeit und die anderer zeigen, dass Antibiotikaresistenz nichts Neues ist", sagte die Mikrobiologin Hazel Barton von der University of Akron, Ohio, die die Studie leitete. „Unsere Organismen wurden 4-7 Millionen Jahre lang aus Oberflächenarten isoliert, aber ihre Widerstandsfähigkeit ist genetisch identisch mit der in Oberflächenarten. Dies bedeutet, dass diese Gene mindestens so alt sind und nicht erschienen sind, weil Menschen mit der Antibiotikabehandlung begonnen haben."
Obwohl Paenibacillis für den Menschen nicht schädlich ist, kann es theoretisch seine Antibiotikaresistenz auf andere Krankheitserreger übertragen. Da es jedoch unter 400 Metern Fels isoliert ist, scheint dies unwahrscheinlich.
Dennoch ist die natürliche Antibiotikaresistenz gegen Antibiotika wahrscheinlich so weit verbreitet, dass viele der aus dem schmelzenden Permafrost austretenden Bakterien diese möglicherweise bereits haben. In einer Studie aus dem Jahr 2011 extrahierten Wissenschaftler DNA aus Bakterien, die im 30.000 Jahre alten Permafrost in der Beringsee gefunden wurden. Sie fanden Gene, die für Resistenz gegen Beta-Lactam-, Tetracyclin- und Glycopeptid-Antibiotika kodieren.
Lohnt es sich, sich Sorgen zu machen?
Es wird angenommen, dass das Risiko des Auftretens pathogener Mikroben aus dem Permafrost von Natur aus nicht erkennbar ist, sodass kein Grund zur Sorge besteht. Stattdessen müssen wir uns auf die expliziteren Bedrohungen durch den Klimawandel konzentrieren. Wenn sich die Erde erwärmt, können nördliche Länder beispielsweise anfälliger für Ausbrüche "südlicher" Krankheiten wie Malaria, Cholera und Dengue-Fieber werden, da ihre Krankheitserreger in der Wärme gedeihen.
Es gibt auch die Meinung, dass wir die Risiken nicht ignorieren sollten, wenn wir sie nicht quantifizieren können.
"Es besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass pathogene Mikroben wieder auftauchen und uns infizieren können", sagt Claverie. „Wie wahrscheinlich dies ist, ist noch nicht bekannt, aber es ist wahrscheinlich. Vielleicht können diese Bakterien mit Antibiotika, resistenten Bakterien, einem Virus geheilt werden. Wenn der Erreger längere Zeit nicht mit Menschen in Kontakt gekommen ist, ist das Immunsystem nicht bereit. Es besteht also Gefahr."
ILYA KHEL