Wissenschaftler entdecken, wie ein einzelnes Gen den Verlauf der Pestpandemie geformt hat

Wissenschaftler haben die Art und Weise dokumentiert, wie ein einzelnes Gen im Bakterium, das Bubonic Pest verursacht, verursacht. Yersinia pestisließ es Hunderte von Jahren überleben, indem er seine Virulenz und die Zeit, die es brauchte, um seine Opfer zu töten, anpasste, aber diese Formen der Pest starben letztendlich aus.

Eine Studie von Forschern der McMaster University und des Frankreichs Institut Pasteur, die heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaftbefasst sich mit einigen grundlegenden Fragen zu Pandemien: Wie treten sie in menschliche Bevölkerung ein, verursachen immense Krankheit und entwickeln unterschiedliche Virulenzniveaus, um in Populationen bestehen zu können?

Der schwarze Tod bleibt die einzelnen tödlichsten Pandemie in der aufgezeichneten menschlichen Geschichte und tötet schätzungsweise 30 bis 50 Prozent der Bevölkerung Europas, Westasien und Afrikas, als er sich durch diese Regionen bewegte. Im 14. Jahrhundert erschien es über mehr als 500 Jahre in Wellen und bestand bis 1840 an.

Der schwarze Tod wurde durch dieselben Bakterien verursacht, die Justinian Pest verursachten, die erste Pestpandemie, die Mitte der 500er Jahre ausgebrochen war. Die dritte Pestpandemie begann in China 1855 und dauert heute fort. Seine tödlichen Wirkungen werden jetzt von Antibiotika mehr kontrolliert, sind aber in Regionen wie Madagaskar und der Demokratischen Republik Kongo immer noch zu spüren, in denen regelmäßig Fälle gemeldet werden.

Dies ist eine der ersten Forschungsstudien, um die Veränderungen bei einem alten Erreger direkt zu untersuchen, das wir heute noch sehen, um zu verstehen, was die Virulenz, die Persistenz und/oder das eventuelle Aussterben von Pandemien antreibt. „

Hendrik Poinar, Co-Senior-Autor der Studie, Direktor des McMaster Ancient DNA Center und Inhaber des Michael G. DeGroote-Vorsitzenden in genetischer Anthropologie

Die Stämme der Justinian Pest starben nach 300 Jahren der verwüsteten europäischen und im Nahen Osten der Bevölkerung. Stämme der zweiten Pandemie entstanden aus infizierten Nagetierpopulationen und verursachten den schwarzen Tod, bevor er in zwei Hauptlinien einbrach. Eine dieser beiden Linien ist der Vorfahr aller heutigen Stämme. Die anderen wurden über Jahrhunderte in Europa wieder aufgenommen und letztendlich bis zum frühen 19. Jahrhundert ausgestorben.

Mit Hunderten von Proben aus alten und modernen Pestopfern wurde das Team auf ein Gen bekannt als bekannt als PLA, eine hohe Kopiekomponente von Y. pestis Dies hilft, sich durch das Immunsystem zu bewegen, die den Lymphknoten unentdeckt sind, bevor sie sich auf den Rest des Körpers ausbreitet.

Eine umfangreiche genetische Analyse ergab, dass ihre Kopienzahl oder Gesamtzahl von PLA Gene, die im Bakterium gefunden wurden, hatten spätere Ausbrüche der Krankheit abgenommen, was wiederum die Mortalität um 20 Prozent verringerte und die Länge ihrer Infektion erhöhte, was bedeutet, dass die Wirte länger lebten, bevor sie starben. Diese Studien wurden in Mäusemodellen von Bubonic Pest durchgeführt.

Umgekehrt, wenn die PLA Gene war in seiner ursprünglichen, hohen Kopienzahl, die Krankheit war viel virulenter und tötete jeden seiner Wirte und tat so viel schneller.

Die Wissenschaftler identifizierten auch eine auffällige Ähnlichkeit zwischen den Trajektorien moderner und alter Stämme, die sich unabhängig voneinander entwickelten PLA In den späteren Phasen der ersten und zweiten Pandemie und bisher in drei Proben der dritten Pandemie, die heute in Vietnam gefunden wurden.

Sowohl bei den Pest Justinian als auch bei Black Death trat die evolutionäre Veränderung ungefähr 100 Jahre nach den ersten Ausbrüchen auf. Wissenschaftler schlagen vor, dass die Gen -Kopienzahl, wenn sie fallen und die infizierten Ratten länger lebten, eine Infektion weiter verbreiten konnten, um den Fortpflanzungserfolg des Erregers zu gewährleisten.

„Die Reduzierung von PLA kann die sich ändernde Größe und Dichte von Nagetier- und menschlichen Populationen widerspiegeln, „erklärt Poinar.“ Es ist wichtig zu beachten, dass Pest eine Epidemie von Ratten war, die die Treiber von Epidemien und Pandemien waren. Menschen waren zufällige Opfer. „

Schwarze Ratten in Städten fungierten aufgrund ihrer hohen Zahlen und der Nähe zu Menschen wahrscheinlich als „Amplifikationswirte“. Weil schwarze Ratten sehr anfällig für Y. pestisDer Erreger benötigte Rattenpopulationen, um hoch genug zu bleiben, um neue Wirte zu liefern Y. pestis Bestehen und den Pandemiezyklus weiterhin weitermachen.

Allerdings die PLA-Die reduzierten Stämme wurden schließlich ausgestorben und widerspiegelten wahrscheinlich eine weitere Verschiebung der Beziehung zwischen Wirt und Pathogen in ihrer Umgebung.

Als die Forscher nach Anzeichen einer Erschöpfung in einem großen Satz von Proben der dritten Pandemie in einer Sammlung am Institut Pasteur suchten, fanden sie drei zeitgenössische Stämme mit PLA Erschöpfung.

„Dank unserer internationalen Mitarbeiter, die lokale Epidemien von Plague weltweit überwachen, konnten wir die einzigartigen Bakterienproben finden, die für dieses Projekt verwendet wurden, ähnlich dem Erfindungsfest von drei seltenen Nadeln in einem Heuhaufen“, sagt Javier Pizarro-Cerdá, Co-Senior-Autor der Arbeit, Direktor der Direktorin der Yersinia Forschungseinheit und der WHO -Kollaboration Center for Pest am Institut Pasteur.

Das Institut beherbergt eine der reichsten Sammlungen der modernen Welt der Welt Y. pestis Isolate fügt Guillem Mas Fiol hinzu, Co-Leiter der Studie und postdoktorale Forscher, die von Pizarro-Cerdá beaufsichtigt wurde.

„Einer der interessantesten Aspekte unserer Forschung war die Möglichkeit, ein Merkmal zu untersuchen, das erstmals in ausgestorbenen Peststämmen beobachtet wurde und zum ersten Mal experimentell in lebenden zeitgenössischen Bakterienstämmen getestet werden konnte“, sagt er.

„Obwohl unsere Forschungen auf ein interessantes Muster in der Evolutionsgeschichte der Pest beleuchten, sind die meisten Stämme, die bis heute in Afrika, Südamerika und Indien zirkulieren, diejenigen, die zuvor für eine massive Sterblichkeit verantwortlich waren“, sagt Ravneet Sidhu, Co-Lead-Autor der Studie und PHD-Kandidatin des McMaster-Ancient-DNA-Zentrums.

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