Геномное секвенирование древней ДНК проясняет происхождение чумыГеномное секвенирование древней ДНК проясняет происхождение чумы
Эпидемия Черной чумы (1346-1353 гг.) является одной из наиболее широко известных исторических вспышек этого заболевания.
Она была вызвана бактерией Yersinia pestis, которая распространилась среди людей через блох, живущих на мелких грызунах, согласно современной модели передачи. На сегодняшний день в истории зафиксировано три пандемии Y. pestis, подтвержденных исследованиями ДНК (Юстинианова чума, Черная смерть и современная чума). Однако древние ДНК свидетельствуют о том, что это не единственные случаи заражения людей этим возбудителем, и данные указывают на то, что в передаче болезни на протяжении истории, вероятно, играли роль дополнительные переносчики.
В конце XVIII века, когда бубонная чума возникла вновь, она достигла глобального распространения. Это повторное появление совпало с широким признанием бактериальной теории и подтолкнуло ученых всего мира к открытию Y. pestis.
В 1894 году когда эта знакомая, но пока не идентифицированная болезнь распространилась по Гонконгу, несколько ученых съехались в город, чтобы попытаться определить возбудителя "гонконгской эпидемии". Используя постулаты Коха и световую микроскопию, Алексадре Ерсин и Шибасабуро Китасато независимо друг от друга описали Y. pestis как микробиологическую причину эпидемии, а вскоре Алексадре Ерсин связал крыс с циклом передачи инфекции.
Год спустя Масанори Огата и Поль-Луи Симонд одновременно определили крысиных блох, Xenopsylla cheopsis, как основного переносчика инфекции между черными крысами и людьми. Затем Ерсин выдвинул гипотезу, что Y. pestis является причиной многих исторических чум, включая Черную смерть и Юстинианову чуму, которые имели схожие письменные описания. Однако оставались и другие гипотезы о возбудителе, и их трудно было оспорить, пока молекулярные подходы, включая ПЦР, окончательно не связали Y. pestis с Черной чумой.
Как и во многих других областях микробиологии, секвенирование нового поколения вызвало сейсмические сдвиги в нашем понимании Y. pestis и выявило ряд несоответствий, которые побуждают к дальнейшему изучению. Современная Y. pestis содержит ген ymt, который позволяет ему стабильно сохраняться в кишечнике блохи и передаваться человеку-хозяину посредством биопленкозависимой передачи. При таком способе передачи Y. pestis создает биопленку, которая блокирует нормальную работу кишечника блохи и нарушает ее способность питаться, что приводит к более регулярным укусам блох и смешиванию бактерий с кровью хозяина в ранке от укуса. Неожиданно оказалось, что в секвенированных геномах Y. pestis, собранных со скелетных останков некоторых древних жертв чумы, отсутствует ген ymt.
Палеомикробиологи выделили геномную ДНК Y. pestis из зубной пульпы возрастом 5000 лет, что указывает на то, что Y. pestis была связана с человеком гораздо дольше, чем предполагалось ранее. Отсутствие ymt оставляет открытым вопрос о происхождении и степени вирулентности ранних Y. pestis и предполагает, что в распространении Y. pestis в древних популяциях могли участвовать дополнительные переносчики. Среди других предполагаемых переносчиков - Pediculus humanus, человеческая вошь, и Pulex irritans, человеческая блоха. Эти организмы живут в тесной связи с людьми, известны как носители Y. pestis во время эпидемий чумы и передают жизнеспособные Y. pestis в своих фекалиях, которые могут попасть в кожу при расчесывании укусов. Характер передачи инфекции этими переносчиками также более точно соответствует тому, что наблюдалось во время второй пандемии.
Кроме того, считается, что черная крыса не была широко распространена в Европе в Средние века из-за низких температур, связанных с "малым ледниковым периодом", поэтому маловероятно, что X. cheopsis могли передавать Y. pestis. Окаменелости X. cheopsis не были найдены в Европе во время второй пандемии чумы, но были найдены окаменелости P. irritansfossils. Эти данные позволяют предположить, что P. irritans - блоха, которая с большей вероятностью может быть ответственна за передачу Черной чумы, чем X. cheopsis.
Кроме того, большинство клинических образцов Y. pestis почти клональны, что предполагает наличие одного общего предка и низкую изменчивость в природных популяциях. Однако древние образцы указывают на то, что когда-то существовало и большое разнообразие. Хотя некоторые из изолятов бронзового века не имеют ymt, ген ymt был обнаружен в древних образцах ДНК, извлеченных из останков раннего бронзового века, обнаруженных в России, что позволяет предположить, что несколько штаммов могли циркулировать одновременно. Эта изменчивость гена ymt предполагает, что в разных регионах могли наблюдаться различные первичные способы передачи и, возможно, даже небольшие различия в проявлениях заболевания.
Наконец, несмотря на важность других генов для инфекции Y. pestis, ymt исторически стал наиболее изученным объектом секвенирования, поэтому трудно предсказать полное влияние разнообразия штаммов на исторические последствия заболеваний человека. Нуклеотидные вариации, наблюдаемые в геномах древних штаммов из захоронений эпохи неолита и бронзового века, указывают на наличие событий диверсификации, которые привели к появлению новых штаммов, распространившихся в разных регионах. Эти данные свидетельствуют о том, что со временем многие штаммы вымерли, а другие эволюционировали в современные штаммы. Картирование этих вариаций помогло создать гипотезы о путях глобального распространения.
Секвенирование следующего поколения древних образцов ДНК, собранных у жертв чумы, продвинуло научное понимание происхождения и передачи одного из самых известных инфекционных заболеваний, известных человечеству. Несмотря на эти достижения в знаниях, многие вопросы, связанные с Y. pestis, все еще остаются. Из-за ограниченного секвенирования Y. pestis за пределами Европы, существует неполное понимание того, как генотипические изменения могут быть связаны или влиять на латентные периоды между вспышками и повторными вспышками болезни для каждого периода пандемии. Более тщательное секвенирование в Африке и Азии позволит ученым начать заполнять эти временные интервалы. Дополнительная работа сосредоточена на раскрытии роли почвенных резервуаров Y. pestis, включая амеб, которые могут укрывать бактерии в периоды затишья между вспышками. Ответы на эти вопросы помогут нам лучше понять время затишья между волнами инфекций и подготовиться к будущим пандемиям.
