Forskere opdager, hvordan et enkelt gen formede forløbet af pest-pandemien

Forskere opdager, hvordan et enkelt gen formede forløbet af pest-pandemien

Forskere har dokumenteret, hvordan et enkelt gen i bakterien forårsager byllepest.Yersinia pestistillod den at overleve i hundreder af år ved at justere dens virulens og den tid, det tog at dræbe sine ofre, men disse former for pest døde til sidst ud.

En undersøgelse foretaget af forskere ved McMaster University og Frankrigs Institut Pasteur offentliggjort i dag i tidsskriftetVidenskabbehandler nogle grundlæggende spørgsmål om pandemier: Hvordan kommer de ind i menneskelige populationer, forårsager enorm sygdom og udvikler forskellige niveauer af virulens til at fortsætte i populationer?

Den Sorte Død er fortsat den dødeligste pandemi i menneskets historie og dræber anslået 30 til 50 procent af befolkningen i Europa, det vestlige Asien og Afrika, da den bevægede sig gennem disse regioner. I det 14. århundrede dukkede det op i bølger over mere end 500 år og varede indtil 1840.

Den Sorte Død var forårsaget af de samme bakterier, som forårsagede Justinians Pest, den første pest-pandemi, der brød ud i midten af ​​500-tallet. Den tredje pest-pandemi begyndte i Kina i 1855 og fortsætter i dag. Dens dødbringende virkninger er nu mere kontrolleret af antibiotika, men mærkes stadig i regioner som Madagaskar og Den Demokratiske Republik Congo, hvor der jævnligt rapporteres om tilfælde.

Dette er en af ​​de første forskningsundersøgelser, der direkte undersøger ændringer i et gammelt patogen, som vi stadig ser i dag, for at forstå, hvad der driver virulens, persistens og/eller eventuel udryddelse af pandemier. “

Hendrik Poinar, co-senior forfatter af undersøgelsen, direktør for McMaster Ancient DNA Center og Michael G. DeGroote Chair in Genetic Anthropology

Justinian Pest-stammerne døde efter 300 års hærgende europæiske og mellemøstlige befolkninger. Anden pandemiske stammer opstod fra inficerede gnaverpopulationer og forårsagede den sorte død, før de brød op i to hovedslægter. En af disse to linjer er stamfaderen til alle moderne stammer. De andre blev genindført i Europa gennem århundreder og uddøde i sidste ende i begyndelsen af ​​det 19. århundrede.

Ved at bruge hundredvis af prøver fra gamle og moderne pestofre, orienterede holdet sig om et gen kendt somPLA,en høj kopi komponent afY. pestisDette hjælper med at bevæge sig gennem immunsystemet uopdaget til lymfeknuderne, før det spredes til resten af ​​kroppen.

Omfattende genetisk analyse afslørede, at deres kopiantal eller samlede antalPLAGener fundet i bakterien havde reduceret efterfølgende udbrud af sygdommen, hvilket igen reducerede dødeligheden med 20 procent og øgede længden af ​​deres infektion, hvilket betyder, at værterne levede længere, før de døde. Disse undersøgelser blev udført i musemodeller af byllepest.

Omvendt, hvisPLAGenet var i sit originale, høje kopiantal, sygdommen var meget mere virulent og dræbte hver eneste af dens værter og gjorde det meget hurtigere.

Forskerne identificerede også en slående lighed mellem banerne for moderne og antikke stammer, som udviklede sig uafhængigtPLAI de senere stadier af den første og anden pandemi og indtil videre i tre prøver af den tredje pandemi fundet i Vietnam i dag.

I både Justinian- og Black Death-plagen skete den evolutionære ændring cirka 100 år efter de første udbrud. Forskere antyder, at efterhånden som antallet af genkopier faldt, og de inficerede rotter levede længere, var de i stand til at sprede en infektion yderligere, hvilket sikrede patogenets reproduktive succes.

"Reduktionen afPLAkan afspejle den skiftende størrelse og tæthed af gnavere og menneskelige populationer," forklarer Poinar." Det er vigtigt at bemærke, at pest var en epidemi af rotter, som var årsagerne til epidemier og pandemier. Folk var tilfældige ofre. “

Sorte rotter i byer fungerede sandsynligvis som "amplifikationsværter" på grund af deres høje antal og nærhed til mennesker. Fordi sorte rotter er meget modtagelige forY. pestisPatogenet krævede, at rottepopulationer forblev høje nok til at give nye værterY. pestisBestå og fortsæt pandemiens cyklus.

ImidlertidPLA-De reducerede stammer uddøde til sidst, hvilket sandsynligvis afspejler et yderligere skift i vært-patogen forholdet i deres miljø.

Da forskere ledte efter tegn på udmattelse i et stort sæt af tredje pandemiprøver i en samling på Institut Pasteur, fandt de tre nutidige stammerPLAUdmattelse.

"Takket være vores internationale samarbejdspartnere, som overvåger lokale epidemier af pest verden over, var vi i stand til at finde de unikke bakterieprøver, der blev brugt til dette projekt, svarende til at finde tre sjældne nåle i en høstak," siger Javier Pizarro-Cerdá, co-senior forfatter af værket, direktør for direktoratet forYersinienForskningsenhed og WHO Collaboration Center for Pest ved Institut Pasteur.

Instituttet rummer en af ​​de rigeste moderne samlinger i verdenY. pestisIsolate tilføjer Guillem Mas Fiol, medleder af undersøgelsen og postdoc-forsker, som blev overvåget af Pizarro-Cerdá.

"Et af de mest interessante aspekter af vores forskning var muligheden for at studere en egenskab, der først blev observeret i uddøde peststammer og kunne blive eksperimentelt testet for første gang i levende nutidige bakteriestammer," siger han.

"Selvom vores forskning kaster lys over et interessant mønster i pestens evolutionære historie, er de fleste af de stammer, der cirkulerer i dag i Afrika, Sydamerika og Indien, dem, der tidligere var ansvarlige for massiv dødelighed," siger Ravneet Sidhu, medforfatter af undersøgelsen og PhD-kandidat ved McMaster Ancient DNA Center.

Kilder: