DNA en supercomputers: de moleculaire archeologie trekt alles uit de kast om ons meer te vertellen over het dieet en de gezondheid van mensen in een grijs verleden.

Wij mensen zijn nooit alleen. Op en in ons wonen miljoenen micro-organismen. Al die organismen samen noemen we het microbioom. En steeds meer onderzoeken tonen aan hoe belangrijk dat microbioom is. Veel micro-organismen blijken een cruciale rol in of op ons lichaam te spelen. Ze helpen ons bijvoorbeeld bij het verteren van ons voedsel. Maar je microbioom blijft niet zomaar je hele leven hetzelfde. Net zoals wij door ons leven heen veranderen, zal ook het microbioom veranderingen ondergaan. Zo kan het veranderen als je een ander dieet gaat volgen, ergens anders gaat wonen of een antibioticakuurtje voorgeschreven krijgt. Het microbioom vormt tot op zeker hoogte dan ook een afspiegeling van wat je nu doet en hoe het nu met je gaat. Je kunt je voorstellen dat archeologen interesse hebben in het microbioom van mensen die heel lang geleden leefden. Het kan ze immers meer vertellen over de levensstijl van die mensen. Maar blijft een microbioom zolang bewaard? Soms wel. “Wanneer je overlijdt, vergaat je lichaam en de micro-organismen die op en in je leven vergaan ook,” vertelt onderzoeker Kirsten Ziesemer, momenteel werkzaam in het Laboratories of Molecular Anthropology and Microbiome Research, aan de universiteit van Oklahoma, in het kader van het NEXUS 1492-project. Maar niet allemaal. Een deel van je microbioom kan langdurig bewaard blijven. “Bijvoorbeeld in gefossiliseerde poep, maar dat is heel zeldzaam.” Een andere optie: tandsteen. En dat laatste heeft de interesse van Ziesemer. “Tandsteen kan ons meer vertellen over het dieet van mensen en kan verraden of mensen ziek of gezond waren tijdens hun leven.”

Hoe dan?
In tandsteen zit DNA. “Dat kan menselijk DNA zijn (dus afkomstig van de eigenaar van de tanden, red.), maar ook bacterieel DNA.” Ook kan het DNA afkomstig zijn uit voedsel dat de persoon heeft gegeten (bijvoorbeeld vlees). Sinds kort zijn onderzoekers in staat om dat DNA te identificeren en te gebruiken om meer te vertellen over het leven van mensen die lang geleden leefden. En die tak van sport wordt moleculaire archeologie genoemd. “Het is nog vrij nieuw en wordt sinds 2010 toegepast,” vertelt Ziesemer.

“We zijn nog bezig de grenzen van DNA in tandsteen af te tasten”

Hoe het begon
Onderzoeker Christina Warinner kan gezien worden als de vrouw achter de moleculaire archeologie en publiceerde al meerdere fascinerende onderzoeken gestoeld op deze nieuwe tak van sport. Zo vond ze in tandsteen van mensen die lang geleden leefden DNA van bacteriën die mondziekten veroorzaken. Denk bijvoorbeeld aan parodontitis, een vergevorderde tandvleesontsteking. Ze vergeleek het genoom van deze oude ziekteverwekkers met de bacteriën die vandaag de dag parodontitis veroorzaken. En wat bleek? In het genoom van de oude ziekteverwekkers zaten gaten die de hedendaagse ziekteverwekkers niet kenden. Die gaten in het genoom bleken door de tijd heen opgevuld te zijn met genen die de bacterie resistent maakten voor antibiotica.

De methode
Recent was Ziesemer eerst auteur van een paper waarin de beste manier om DNA in tandsteen te identificeren, onthuld werd. Het leverde haar de KIEM-award op: een prijs voor de beste eerste publicatie van jonge microbiologen. “In tandsteen bevinden zich DNA-fragmenten. Wat we doen is een vlaggetje plakken op al het DNA in tandsteen. En vervolgens vertalen we alle DNA-fragmenten.” Het is behoorlijk arbeidsintensief, maar wel de beste manier om zo veel mogelijk betrouwbare data uit tandsteen te halen. Met behulp van supercomputers wordt die data vervolgens geïnterpreteerd.

Veelbelovend
Het mag dan een jonge tak van sport zijn, de moleculaire archeologie is wel zeer veelbelovend. Archeologen lopen namelijk eigenlijk altijd tegen hetzelfde probleem aan: er is – zeker als het om oudere resten gaat – weinig DNA over om te analyseren. “In tandsteen zit zo’n twee tot drie keer meer DNA dan in bot of tanden,” vertelt Ziesemer. “Het is dus een rijke bron van DNA.” En het DNA in tandsteen blijkt ook nog eens vrij lang bewaard te blijven. “Het oudste monster in mijn persoonlijke database is zo’n 6000 jaar oud.” En hoogstwaarschijnlijk kunnen we ons door tandsteen nog veel verder terug in de tijd laten meevoeren. “Er zijn aanwijzingen dat ook apen, Neanderthalers en Homo denisova tandsteen ontwikkelden. Tot op heden heeft nog niemand geprobeerd om daar DNA uit te halen.” Maar daar komt ongetwijfeld snel verandering in. “We zijn nog bezig de grenzen van DNA in tandsteen af te tasten,” vertelt Ziesemer.

De toekomst
Maar dat de moleculaire archeologie de toekomst heeft, daar twijfelt Ziesemer niet aan. “Ik verwacht dat we in de toekomst nog verder terug in de tijd kunnen gaan.” En uit dergelijk onderzoek rollen conclusies die niet alleen interessant zijn voor archeologen en historici. “We kunnen meer te weten komen over de evolutie van het microbioom dat ook vandaag de dag nog belangrijk is voor tal van lichaamsfuncties. Door te kijken hoe het microbioom zich door de tijd heen ontwikkelde, kunnen we wellicht beter begrijpen hoe het bijdraagt aan een gezonde levensstijl.” En verwijzend naar eerder onderzoek van Warinner: “Wellicht kunnen we zelfs de opkomst van antibioticaresistentie traceren.”

Aan het werk in het laboratorium. Afbeelding: Kirsten Ziesemer.

Aan het werk in het laboratorium. Afbeelding: Kirsten Ziesemer.

Warmte
Ziesemer wijst er bovendien op dat de moleculaire archeologie mogelijk juist het verschil kan maken in gebieden waar DNA slecht bewaard blijft. “DNA vindt warmte niet fijn en vergaat sneller rond de evenaar.” Maar juist rond die evenaar hebben archeologen nog veel vragen. Bijvoorbeeld over de mensachtigen die Afrika verlieten of de geschiedenis van het Caribisch gebied alvorens de Europeanen arriveerden (om dat laatste draait het NEXUS 1492-project waar Ziesemer onderdeel van uitmaakt). “Voor de Europeanen er aankwamen, waren er geen geschreven bronnen.” En dus weten we vrij weinig over het leven van die mensen voor de vijftiende eeuw. “Ancient DNA biedt geen oplossing, DNA uit tandsteen misschien wel. Ons onderzoek wijst er voorzichtig op dat dat beter tegen de warmte bestand is.”

Met de opkomst van moleculaire archeologie gaat er een nieuwe wereld voor onderzoekers open. We gaan ongetwijfeld nog veel van deze tak van sport horen. “Nu je weet hoe belangrijk tandsteen is, kun je wellicht overwegen je tanden niet meer te poetsen,” grapt Ziesemer.