Summary Sexually transmitted (venereal) syphilis marked European history with a devastating epidemic at the end of the 15 th century, and is currently re-emerging globally. Together with non-venereal treponemal diseases, like bejel and yaws, found in subtropical and tropical regions, it poses a prevailing health threat worldwide. The origins and spread of treponemal diseases remain unresolved, including syphilis’ potential introduction into Europe from the Americas. Here, we present the first genetic data from archaeological human remains reflecting a previously unknown diversity of Treponema pallidum in historical Europe. Our study demonstrates that a variety of strains related to both venereal syphilis and yaws were already present in Northern Europe in the early modern period. We also discovered a previously unknown T. pallidum lineage recovered as a sister group to yaws and bejel. These findings imply a more complex pattern of geographical prevalence and etiology of early treponemal epidemics than previously understood.

Abstract The treponemal diseases yaws, bejel and syphilis, all caused by subspecies of the bacterium Treponema pallidum , are re-emerging worldwide, yet their origins and spread remain largely unresolved. Albeit still rare, reconstructed ancient genomes of various T. pallidum strains now exist, to complement the analyses on the modern-day diversity of treponemes. Here, we report a new high-coverage (35X) ancient genome of a historical T. pallidum subsp. pallidum strain from the 17th century. This novel addition, combined with a selection of 76 modern and historical strains, enables a new level of in-depth investigation of treponemal evolution across all humaninfecting strains, with detailed analyses on recombination, positive selection, and divergence history of T. pallidum subspecies. Altogether 18 recombinant genes with strong evidence for effects of positive selection are identified, potentially responsible for virulence and immune evasion. The profound impact of recombination is in particular demonstrated in the diversification of the yaws- and bejel-causing clades, as excluding these recombinant genes from phylogenetic analysis causes these well-separated subspecies to cluster into a single clade. Both the involvement of ancient genomes in several recombination events, and the molecular clock dating of the subspecies’ divergence history emphasize the importance of recombination in the early adaptations of all T. pallidum strains. These findings are crucial in resolving the evolutionary history of T. pallidum , and in understanding the functionalities of treponemes beyond what could be achieved with modern genomic data alone.

Abstract Museum and medically fixed material are valuable samples for the study of historical soft tissues and represent a pathogen-specific source for retrospective molecular investigations. However, current methods for the molecular analysis are inherently destructive, posing a dilemma between performing a study with the available technology thus damaging the sample - or conserving the material for future investigations. Here we present an unprecedented non-destructive alternative that facilitates the genetic analysis of fixed wet tissues while avoiding tissue damage. We extracted DNA from the fixed tissues as well as their embedding fixative solution, to quantify the DNA that was transferred to the liquid component. Our results prove that human ancient DNA can be retrieved from the fixative material of stored medical specimens and provide new options for the sampling of valuable curated collections. Method summary We compared the metagenomic content of historical tissues and their embedding liquid to retrieve DNA from the host and specified pathogens based on the diagnosis of the sample. We applied ancient DNA research techniques, including in-solution hybridization capture with DNA baits for human mitochondrial DNA, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae , and Treponema pallidum .

Abstract Population bottlenecks can have dramatic consequences for the health and long-term survival of a species. A recent bottleneck event can also largely obscure our understanding of standing variation prior to the contraction. Historic population sizes can be modeled based on extant genomics, however uncertainty increases with the severity of the bottleneck. Integrating ancient genomes provides a powerful complement to retrace the evolution of genetic diversity through population fluctuations. Here, we recover 15 high-quality mitogenomes of the once nearly extinct Alpine ibex spanning 8601 ± 33 BP to 1919 CE and combine these with 60 published modern genomes. Coalescent demography simulations based on modern genomes indicate population fluctuations matching major climatic change over the past millennia. Using ancient genomes, we show that mitochondrial haplotype diversity has been reduced to a fifth of the pre-bottleneck diversity with several highly differentiated mitochondrial lineages having co-existed historically. The main collapse of mitochondrial diversity coincided with human settlement expansions in the Middle Ages. The near extinction severely reduced the mitochondrial diversity. After recovery, one lineage was spread and nearly fixed across the Alps due to recolonization efforts. Contrary to expectations, we show that a second ancestral mitochondrial lineage has survived in an isolated population further south. Our study highlights that a combined approach integrating genomic data of ancient, historic and extant populations unravels major long-term population fluctuations.