Naukowcy odkrywają, jak pojedynczy gen wpłynął na przebieg pandemii dżumy

Naukowcy odkrywają, jak pojedynczy gen wpłynął na przebieg pandemii dżumy

Naukowcy udokumentowali sposób, w jaki pojedynczy gen w bakterii powoduje dżumę dymieniczą.Yersinia pestispozwolił jej przetrwać setki lat, dostosowując jej zjadliwość i czas potrzebny do zabicia ofiar, ale te formy zarazy ostatecznie wymarły.

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu McMaster i francuskiego Instytutu Pasteura opublikowane dzisiaj w czasopiśmieNaukaodpowiada na kilka podstawowych pytań dotyczących pandemii: w jaki sposób przedostają się do populacji ludzkich, powodują ogromne choroby i ewoluują na różnych poziomach zjadliwości, aby utrzymać się w populacjach?

Czarna śmierć pozostaje najbardziej śmiercionośną pandemią w zarejestrowanej historii ludzkości, powodując śmierć około 30–50 procent populacji Europy, zachodniej Azji i Afryki podczas przemieszczania się przez te regiony. W XIV wieku pojawiał się falami przez ponad 500 lat i trwał do 1840 roku.

Czarną śmierć wywołały te same bakterie, które wywołały dżumę Justyniana, pierwszą pandemię dżumy, która wybuchła w połowie lat pięćdziesiątych XX wieku. Trzecia pandemia dżumy rozpoczęła się w Chinach w 1855 roku i trwa do dziś. Jej śmiertelne skutki są obecnie lepiej kontrolowane za pomocą antybiotyków, ale nadal są odczuwalne w regionach takich jak Madagaskar i Demokratyczna Republika Konga, gdzie regularnie zgłaszane są przypadki.

Jest to jedno z pierwszych badań naukowych, które bezpośrednio analizuje zmiany w starożytnym patogenie, które wciąż obserwujemy, aby zrozumieć, co napędza zjadliwość, trwałość i/lub ostateczne wyginięcie pandemii. „

Hendrik Poinar, współautor badania, dyrektor McMaster Ancient DNA Center i katedra antropologii genetycznej Michaela G. DeGroote'a

Plemiona zarazy Justyniana wymarły po 300 latach pustoszenia populacji Europy i Bliskiego Wschodu. Drugie szczepy pandemiczne wyłoniły się z zakażonych populacji gryzoni i spowodowały czarną śmierć, zanim podzieliły się na dwie główne linie. Jedna z tych dwóch linii jest przodkiem wszystkich współczesnych plemion. Pozostałe zostały ponownie wprowadzone do Europy na przestrzeni wieków i ostatecznie wymarły na początku XIX wieku.

Korzystając z setek próbek pobranych od starożytnych i współczesnych ofiar dżumy, zespół skupił się na genie znanym jakoPLA,składnik o dużej liczbie kopiiY. pestisPomaga to niezauważenie przedostać się przez układ odpornościowy do węzłów chłonnych, zanim rozprzestrzeni się na resztę ciała.

Szeroko zakrojona analiza genetyczna ujawniła liczbę ich kopii lub całkowitą liczbęPLAGeny znalezione w bakterii zmniejszyły liczbę kolejnych ognisk choroby, co z kolei zmniejszyło śmiertelność o 20 procent i wydłużyło czas trwania infekcji, co oznaczało, że żywiciele żyli dłużej przed śmiercią. Badania te przeprowadzono na mysich modelach dżumy dymieniczej.

I odwrotnie, jeśliPLAGen miał swoją pierwotną, wysoką liczbę kopii, choroba była znacznie bardziej zjadliwa i zabijała każdego ze swoich żywicieli, i robiła to znacznie szybciej.

Naukowcy zidentyfikowali także uderzające podobieństwo między trajektoriami współczesnych i starożytnych plemion, które ewoluowały niezależniePLAW późniejszych stadiach pierwszej i drugiej pandemii oraz jak dotąd w trzech próbkach trzeciej pandemii znalezionych dzisiaj w Wietnamie.

Zarówno w przypadku plagi Justyniana, jak i czarnej śmierci zmiana ewolucyjna nastąpiła około 100 lat po początkowych wybuchach epidemii. Naukowcy sugerują, że w miarę zmniejszania się liczby kopii genów i wydłużania się życia zakażonych szczurów, mogły one dalej rozprzestrzeniać infekcję, zapewniając patogenowi sukces reprodukcyjny.

„ZmniejszeniePLAmoże odzwierciedlać zmieniającą się wielkość i gęstość populacji gryzoni i ludzi” – wyjaśnia Poinar. Należy zauważyć, że dżuma była epidemią szczurów, które były przyczyną epidemii i pandemii. Ludzie byli przypadkowymi ofiarami. „

Czarne szczury w miastach prawdopodobnie działały jako „gospodarze amplifikacji” ze względu na ich dużą liczebność i bliskość ludzi. Ponieważ czarne szczury są bardzo podatneY. pestisPatogen wymagał, aby populacje szczurów pozostały wystarczająco duże, aby zapewnić nowych żywicieliY. pestisPrzepuścić i kontynuować cykl pandemii.

Jednakże,PLA-Zredukowane szczepy ostatecznie wymarły, co prawdopodobnie odzwierciedlało dalszą zmianę w relacji żywiciel-patogen w ich środowisku.

Kiedy badacze szukali oznak wyczerpania w dużym zestawie próbek trzeciej pandemii w kolekcji Instytutu Pasteura, znaleźli trzy współczesne szczepyPLAWyczerpanie.

„Dzięki naszym międzynarodowym współpracownikom, którzy monitorują lokalne epidemie dżumy na całym świecie, udało nam się znaleźć unikalne próbki bakterii wykorzystane w tym projekcie, co przypomina znalezienie trzech rzadkich igieł w stogu siana” – mówi Javier Pizarro-Cerdá, współautor pracy, dyrektor Dyrekcji ds.YersiniaJednostka badawcza i Centrum Współpracy WHO ds. Szkodników w Instytucie Pasteura.

Instytut posiada jedną z najbogatszych kolekcji współczesnych na świecieY. pestisIsolate dodaje Guillem Mas Fiol, współprowadzący badanie i pracownik naukowy ze stopniem doktora, którego opiekunem był Pizarro-Cerdá.

„Jednym z najciekawszych aspektów naszych badań była możliwość zbadania cechy, którą po raz pierwszy zaobserwowano u wymarłych szczepów dżumy i którą można było po raz pierwszy przetestować eksperymentalnie u żywych współczesnych szczepów bakterii” – mówi.

„Chociaż nasze badania rzucają światło na interesujący wzór w historii ewolucji dżumy, większość szczepów krążących do dziś w Afryce, Ameryce Południowej i Indiach to te, które wcześniej były odpowiedzialne za masową śmiertelność” – mówi Ravneet Sidhu, współautorka badania i doktorantka w McMaster Ancient DNA Center.

Źródła: