Юстинианова чума и "Черная смерть" представляют собой два наиболее смертоносных события в истории человечества и являются предвестниками первой и второй пандемий чумы.
Геномы чумной бактерии Yersinia pestis, реконструированные из останков древних людей, умерших примерно за столетие до начала каждой пандемии, свидетельствуют об уменьшении числа копий гена вирулентности pla, который находится на плазмиде с высоким числом копий (pPCP1) и кодирует протеазу активатора плазминогена (Pla), отвечающую за вирулентность и патогенность в бубонной и пневмонической моделях чумы.
Чтобы определить влияние обеднения Pla на вирулентность мышей, мы протестировали современные (третья пандемия) штаммы Y. pestis из Вьетнама, содержащие то же обеднение, что и древние штаммы, на моделях бубонной, пневмонической и септицемической чумы. Мы также исследовали геномы древних и современных штаммов Y. pestis, чтобы охарактеризовать молекулярную основу истощения Pla.
Реконструкция de novo древних и современных штаммов Y. pestis, содержащих pla с меньшим числом копий, показывает передачу от плазмиды с большим числом копий (pPCP1) к однокопийным геномным признакам в современных (pCD1) и древних штаммах. Общий механизм делеции pla, вероятно, опосредован сайтами xrs, присутствующими в pPCP1. Уменьшение числа копий pla привело к снижению вирулентности в бубонных моделях чумы (но не в легочных или септицемических моделях), снижению общей смертности (от 100 до 85%) и увеличению времени до смерти (на ~2 дня).
Мы предположили, что естественный отбор на штаммы с пониженным содержанием pla отражает метапопуляционную структуру популяций крыс, что подтверждает эпидемиологические модели, в которых ослабление патогена позволяет персистировать заболеванию в небольших и фрагментированных популяциях путем частых повторных эпидемий после восстановления популяции. Массовая гибель крыс, предположительно имевшая место во время первой и второй пандемий, вероятно, привела к снижению плотности грызунов. Усиливая фрагментацию популяций, это создало условия, благоприятствующие распространению ослабленных штаммов Y. pestis, а не их более вирулентных родственников дикого типа. В частности, снижение уровня смертности и увеличение времени до смерти хозяина позволили бы продолжить перемещение грызунов между существующими популяциями, которые теперь были более удалены друг от друга, чем в начале пандемии, что обеспечило бы сохранение и, следовательно, увеличение передачи Y. pestis и медленное непрерывное разрастание эпидемии.
Таким образом, в ответ на высокую смертность от этого заболевания отбор может действовать в направлении ослабления вирулентности. Это позволяет патогену сохраняться в толерантных резервуарных носителях, если популяции восприимчивых хозяев фрагментируются и передача патогена становится нестабильной.
