Wetenschappers ontdekken hoe één enkel gen het verloop van de pestpandemie heeft bepaald

Wetenschappers ontdekken hoe één enkel gen het verloop van de pestpandemie heeft bepaald

Wetenschappers hebben gedocumenteerd hoe een enkel gen in de bacterie de builenpest veroorzaakt.Yersinia pestiszorgde ervoor dat het honderden jaren kon overleven door de virulentie ervan aan te passen en de tijd die nodig was om zijn slachtoffers te doden, maar deze vormen van pest stierven uiteindelijk uit.

Een studie door onderzoekers van McMaster University en het Franse Institut Pasteur is vandaag in het tijdschrift gepubliceerdWetenschapbehandelt enkele fundamentele vragen over pandemieën: hoe komen ze in de menselijke populatie terecht, veroorzaken ze enorme ziekten en ontwikkelen ze verschillende niveaus van virulentie om in populaties te blijven bestaan?

De Zwarte Dood blijft de dodelijkste pandemie in de geschiedenis van de mensheid, waarbij naar schatting 30 tot 50 procent van de bevolking van Europa, West-Azië en Afrika om het leven kwam terwijl deze door deze regio’s trok. In de 14e eeuw verscheen het in golven gedurende meer dan 500 jaar en duurde tot 1840.

De Zwarte Dood werd veroorzaakt door dezelfde bacterie die de Justinianus-pest veroorzaakte, de eerste pestpandemie die halverwege de 17e eeuw uitbrak. De derde pestpandemie begon in 1855 in China en duurt nog steeds voort. De dodelijke gevolgen ervan worden nu beter onder controle gehouden door antibiotica, maar zijn nog steeds voelbaar in regio’s als Madagaskar en de Democratische Republiek Congo, waar regelmatig gevallen worden gemeld.

Dit is een van de eerste onderzoeksstudies die rechtstreeks onderzoek doet naar veranderingen in een oude ziekteverwekker die we vandaag de dag nog steeds zien, om te begrijpen wat de virulentie, persistentie en/of uiteindelijke uitsterving van pandemieën drijft. “

Hendrik Poinar, co-senior auteur van de studie, directeur van het McMaster Ancient DNA Center en Michael G. DeGroote leerstoel in genetische antropologie

De Justinianus-peststammen stierven na 300 jaar van verwoesting van de Europese en Midden-Oosterse bevolking. Tweede pandemische stammen kwamen voort uit geïnfecteerde knaagdierpopulaties en veroorzaakten de Zwarte Dood voordat ze in twee hoofdlijnen uiteenvielen. Eén van deze twee lijnen is de voorouder van alle moderne stammen. De anderen werden in de loop van de eeuwen opnieuw in Europa geïntroduceerd en stierven uiteindelijk aan het begin van de 19e eeuw uit.

Met behulp van honderden monsters van oude en moderne slachtoffers van de pest heeft het team zich gericht op een gen dat bekend staat alsPLA,een hoge kopieercomponent vanY. pestisDit helpt om onopgemerkt door het immuunsysteem naar de lymfeklieren te gaan voordat het zich naar de rest van het lichaam verspreidt.

Uitgebreide genetische analyse onthulde hun kopienummer of totaalaantalPLAGenen die in de bacterie werden aangetroffen, hadden het aantal daaropvolgende uitbraken van de ziekte verminderd, wat op zijn beurt de sterfte met 20 procent verminderde en de duur van de infectie verlengde, wat betekende dat de gastheren langer leefden voordat ze stierven. Deze onderzoeken werden uitgevoerd in muismodellen van de builenpest.

Omgekeerd, als dePLAGene had het oorspronkelijke, hoge aantal kopieën, de ziekte was veel virulenter en doodde al zijn gastheren en deed het veel sneller.

De wetenschappers identificeerden ook een opvallende gelijkenis tussen de trajecten van moderne en oude stammen, die onafhankelijk van elkaar evolueerdenPLAIn de latere stadia van de eerste en tweede pandemie en tot nu toe in drie monsters van de derde pandemie die vandaag in Vietnam wordt aangetroffen.

Bij zowel de Justiniaanse als de Zwarte Dood-plaag vond de evolutionaire verandering ongeveer 100 jaar na de eerste uitbraken plaats. Wetenschappers suggereren dat naarmate het aantal genkopieën daalde en de geïnfecteerde ratten langer leefden, ze een infectie verder konden verspreiden, waardoor het reproductieve succes van de ziekteverwekker werd verzekerd.

“De reductie vanPLAkan een weerspiegeling zijn van de veranderende omvang en dichtheid van knaagdier- en mensenpopulaties”, legt Poinar uit. Het is belangrijk op te merken dat de pest een epidemie van ratten was, die de aanjagers waren van epidemieën en pandemieën. Mensen waren toevallige slachtoffers. “

Zwarte ratten in steden fungeerden waarschijnlijk als ‘versterkingsgastheren’ vanwege hun grote aantal en hun nabijheid tot mensen. Omdat zwarte ratten daar erg gevoelig voor zijnY. pestisDe ziekteverwekker vereiste dat de rattenpopulaties hoog genoeg bleven om nieuwe gastheren te verschaffenY. pestisGa voorbij en zet de pandemiecyclus voort.

Echter, dePLA-De gereduceerde stammen stierven uiteindelijk uit, wat waarschijnlijk een weerspiegeling was van een verdere verschuiving in de gastheer-pathogeenrelatie in hun omgeving.

Toen onderzoekers zochten naar tekenen van uitputting in een grote reeks monsters van de derde pandemie in een collectie van het Institut Pasteur, vonden ze drie hedendaagse stammenPLAUitputting.

“Dankzij onze internationale medewerkers die wereldwijd lokale pestepidemieën in de gaten houden, hebben we de unieke bacteriemonsters kunnen vinden die voor dit project zijn gebruikt, vergelijkbaar met het vinden van drie zeldzame naalden in een hooiberg”, zegt Javier Pizarro-Cerdá, co-senior auteur van het werk, directeur van het directoraat van hetYersiniaOnderzoekseenheid en het WHO Collaboration Centre for Pest van het Institut Pasteur.

Het instituut herbergt een van de rijkste moderne collecties ter wereldY. pestisIsolate voegt Guillem Mas Fiol toe, co-leider van de studie en postdoctoraal onderzoeker die werd begeleid door Pizarro-Cerdá.

“Een van de meest interessante aspecten van ons onderzoek was de mogelijkheid om een ​​eigenschap te bestuderen die voor het eerst werd waargenomen bij uitgestorven peststammen en die voor het eerst experimenteel kon worden getest bij levende hedendaagse bacteriestammen”, zegt hij.

“Hoewel ons onderzoek licht werpt op een interessant patroon in de evolutionaire geschiedenis van de pest, zijn de meeste stammen die tot op de dag van vandaag in Afrika, Zuid-Amerika en India circuleren degenen die voorheen verantwoordelijk waren voor massale sterfte”, zegt Ravneet Sidhu, co-hoofdauteur van de studie en promovendus bij het McMaster Ancient DNA Center.

Bronnen: