Как эволюция одного гена позволила чуме адаптироваться и продлить пандемии
Исследователи из Университета Макмастера и Института Пастера во Франции изучили, как один ген в бактерии Yersinia pestis, вызывающей бубонную чуму, позволил ей выживать сотни лет, регулируя свою вирулентность и время до смерти жертвы. Однако эти формы чумы в конечном итоге вымерли.
Исследование, опубликованное в журнале Science, отвечает на фундаментальные вопросы о пандемиях: как они проникают в человеческие популяции, вызывают болезни и эволюционируют, чтобы сохраняться.
Чёрная смерть остаётся самой смертоносной пандемией в истории, уничтожив 30–50% населения Европы, Западной Азии и Африки в XIV веке и возвращаясь волнами более 500 лет, вплоть до 1840 года.
"Это одно из первых исследований, непосредственно изучающих изменения в древнем патогене, который мы видим и сегодня, чтобы понять, что движет вирулентностью, устойчивостью и/или вымиранием пандемий", — говорит Хендрик Пунар, соавтор исследования.
Используя сотни образцов от древних и современных жертв чумы, команда исследовала ген pla — высококопийный компонент Y. pestis, который помогает бактерии незаметно проникать в лимфатические узлы.
Обширный генетический анализ показал, что копийность гена pla (общее количество копий гена в бактерии) уменьшилась в более поздних вспышках. Это, в свою очередь:
Исследования проводились на мышиных моделях бубонной чумы. Напротив, при исходной высокой копийности pla болезнь была гораздо более вирулентной и убивала хозяев быстрее.
Учёные также обнаружили поразительное сходство между траекториями древних и современных штаммов: независимо друг от друга они эволюционировали в сторону снижения копийности pla на поздних стадиях первой и второй пандемий. Три образца из третьей пандемии (Вьетнам) также показали это снижение.
В обеих пандемиях (Юстиниановой чуме и Чёрной смерти) эволюционное изменение произошло примерно через 100 лет после первых вспышек. Учёные предполагают, что при снижении копийности гена инфицированные крысы жили дольше и могли распространять инфекцию дальше, обеспечивая репродуктивный успех патогена.
"Снижение pla может отражать изменение размера и плотности популяций грызунов и людей", — объясняет Пунар. "Важно помнить, что чума была эпидемией крыс, которые были движущей силой. Люди были случайными жертвами".
Чёрные крысы в городах, вероятно, выступали в роли "хозяев-усилителей". Однако штаммы с пониженной копийностью pla в конечном итоге вымерли, что, вероятно, отражает ещё один сдвиг во взаимоотношениях патогена и хозяина в их среде.
В коллекции Института Пастера, одном из самых богатых в мире собраний современных изолятов Y. pestis, исследователи нашли три современных штамма с пониженной копийностью pla.
"Хотя наше исследование проливает свет на интересную закономерность в эволюционной истории чумы, большинство штаммов, которые продолжают циркулировать сегодня в Африке, Южной Америке и Индии, являются более вирулентными — теми, что ранее были ответственны за массовую смертность", — говорит соавтор исследования Ранвит Сидху.