A genomic study of Mycobacterium leprae in medieval Northern Europe

Bonazzi, Marion

Leprosy is an infectious disease mainly caused by the obligate intracellular pathogen Mycobacterium leprae (M. leprae). In Northern Europe, the disease reached its highest prevalence in the Middle-Ages, between the 11th and 15th centuries. It disappeared around the 16th century before the introduction of modern medicine. Besides archaeological and medical studies, the direct recovery and analysis of medieval M. leprae genomes can greatly improve our understanding of the history and epidemiology of the disease. This thesis aims to analyse numerous medieval M. leprae genomes from Northern Europe at high genomic coverage using next-generation sequencing. Teeth from 140 human skeletal remains were collected from three cemeteries in Denmark and Germany (1000-1560 AD) in order to 1) screen the remains for M. leprae DNA with PCR, 2) use high-throughput sequencing to recover high-quality M. leprae genomes, 3) place the recovered genomes within the M. leprae phylogeny, and 4) investigate in- silico the possible effects of the genomic variations.

Lepra ist eine chronische Infektionskrankheit, welche durch das obligat intrazelluläre Bakterium Mycobacterium leprae (M. leprae) ausgelöst wird. In Nordeuropa erreichte die Prävalenz der Krankheit im Mittelalter zwischen dem 11. und 15. Jahrhundert ihren Höhepunkt. Im 16. Jahrhundert verschwand die Krankheit weit vor der Einführung moderner Medizin. Neben archäologischen sowie medizinischen Studien kann die Isolierung und Analyse des mittelalterlichen M. leprae Genoms zum Verständnis der Geschichte sowie der Epidemiologie der Krankheit beitragen. Die vorliegende Arbeit hat die Analyse zahlreicher, gut abgedeckter mittelalterlicher M. leprae Genome aus Nordeuropa unter Verwendung von Hochdurchsatzsequenzierung zum Ziel. Im Laufe des Projektes wurden Zähne von insgesamt 140 Individuen von drei unterschiedlichen mittelalterlichen Friedhöfen in Dänemark sowie Deutschland gesammelt (1000 – 1560 AD). Das Projekt umfasste folgende Arbeitsschritte: 1) Test auf M. leprae positive Proben mittels PCR, 2) Rekonstruktion möglichst gut abgedeckter M. leprae Genome unter Verwendung der Hochdurchsatzsequenzierung, 3) Einbindung der alten M. leprae Genome in einen phylogenetischen Baum, und 4) In silico-Modellierung der möglichen Effekte genomischer Variationen.

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Bonazzi, Marion: A genomic study of Mycobacterium leprae in medieval Northern Europe. 2016.

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