Metagenomic Research of Infectious Diseases in Archaeological Contexts: Evidence from the Hospital Real de Todos-os-Santos (Portugal)

Abstract

Syphilis is one of the most exciting diseases explored in paleopathology and, therefore, tracing back its origin and development has provided a prolific debate. The combination of paleopathological data with historical sources, iconography, and archaeological contexts were the primary sources used to reconstruct its historical path. However, there are some limitations to paleopathological diagnosis due to the nature of bone reaction to stimuli. In addition, historical sources are subjected to a bias of social and cultural nature and the knowledge of those who wrote them. Hence, ancient DNA analysis offers the possibility of acquiring proof of cause by identifying pathogens in an organism. We undertook a metagenomic study of a skeleton exhumed from the Royal Hospital of All Saints (Portugal), renowned for treating syphilis from the 16th century onwards. The skeleton had previously been diagnosed with syphilis according to paleopathological analysis. However, the metagenomics analysis showed no presence of the pathogen associated with syphilis (i.e., Treponema pallidum) but revealed pathogenic microorganisms related to respiratory diseases (pneumonia), nonspecific bone infections (osteomyelitis), and oral bacterial pathologies as well as Hansen’s disease (also known as leprosy). The results are exciting and demand a reappraisal of the observed bone changes, recontextualizing their characterization as syphilis related. They prove that past reconstruction of health and disease diagnoses based on assessing human osteological remains of known context (such as a syphilitic hospital) may bias interpretations and, therefore, caution is recommended, not forgetting that the absence of evidence is not evidence of absence (in this case of syphilis) in life.

La sífilis es una de las enfermedades más apasionantes exploradas en paleopatología y, por tanto, rastrear su origen y desarrollo ha generado un debate prolífico. La combinación de datos paleopatológicos con fuentes históricas, iconografía y contextos arqueológicos fueron las principales fuentes utilizadas para reconstruir su recorrido histórico. Sin embargo, existen algunas limitaciones para el diagnóstico paleopatológico debido a la naturaleza de la reacción ósea a los estímulos. Además, las fuentes históricas están sometidas a un sesgo de carácter social y cultural y del conocimiento de quienes las escribieron. Por tanto, el análisis de ADN antiguo ofrece la posibilidad de adquirir pruebas de la causa mediante la identificación de patógenos en un organismo. Realizamos un estudio metagenómico de un esqueleto exhumado en el Hospital Real de Todos los Santos (Portugal), conocido por tratar la sífilis desde el siglo XVI. Al esqueleto se le había diagnosticado previamente sífilis según análisis paleopatológicos. Sin embargo, el análisis metagenómico no mostró la presencia del patógeno asociado con la sífilis (es decir, Treponema pallidum), pero reveló microorganismos patógenos relacionados con enfermedades respiratorias (neumonía), infecciones óseas inespecíficas (osteomielitis) y patologías bacterianas orales, así como la enfermedad de Hansen (también conocida como lepra). Los resultados son apasionantes y exigen una reevaluación de los cambios óseos observados, recontextualizando su caracterización como relacionada con la sífilis. Demuestran que la reconstrucción pasada de diagnósticos de salud y enfermedades basada en la evaluación de restos osteológicos humanos de contexto conocido (como un hospital sifilítico) puede sesgar las interpretaciones y, por tanto, se recomienda precaución, sin olvidar que la ausencia de evidencia no es evidencia de ausencia ( en este caso de sífilis) en la vida.