Forskare upptäcker hur en enda gen formade förloppet av pestpandemin

Forskare upptäcker hur en enda gen formade förloppet av pestpandemin

Forskare har dokumenterat hur en enda gen i bakterien orsakar böldpest.Yersinia pestislät den överleva i hundratals år genom att justera sin virulens och den tid det tog att döda sina offer, men dessa former av pest dog så småningom ut.

En studie av forskare vid McMaster University och Frankrikes Institut Pasteur publicerad idag i tidskriftenVetenskaptar upp några grundläggande frågor om pandemier: Hur kommer de in i mänskliga populationer, orsakar enorm sjukdom och utvecklar olika nivåer av virulens för att kvarstå i populationer?

Svartedöden är fortfarande den enskilt dödligaste pandemin i mänsklig historia, och uppskattningsvis dödade 30 till 50 procent av befolkningen i Europa, västra Asien och Afrika när den rörde sig genom dessa regioner. På 1300-talet dök den upp i vågor under mer än 500 år och varade till 1840.

Svartedöden orsakades av samma bakterier som orsakade Justinians pest, den första pestpandemin som bröt ut i mitten av 500-talet. Den tredje pestpandemin började i Kina 1855 och fortsätter idag. Dess dödliga effekter är nu mer kontrollerade av antibiotika, men märks fortfarande i regioner som Madagaskar och Demokratiska republiken Kongo, där fall regelbundet rapporteras.

Detta är en av de första forskningsstudierna för att direkt undersöka förändringar i en uråldrig patogen som vi fortfarande ser idag, för att förstå vad som driver pandemiers virulens, uthållighet och/eller eventuella utrotning. "

Hendrik Poinar, medförfattare till studien, chef för McMaster Ancient DNA Center och Michael G. DeGroote Chair in Genetic Anthropology

Justinian-pestens stammar dog efter 300 år av härjade befolkningar i Europa och Mellanöstern. Andra pandemistammar uppstod från infekterade gnagarpopulationer och orsakade digerdöden innan de bröts upp i två huvudlinjer. En av dessa två linjer är förfader till alla moderna stammar. De andra återinfördes i Europa under århundraden och dog ut i början av 1800-talet.

Med hjälp av hundratals prover från forntida och moderna pestoffer, nollställde teamet en gen känd somPLA,en hög kopia komponent avY. pestisDetta hjälper till att röra sig genom immunsystemet oupptäckt till lymfkörtlarna innan det sprider sig till resten av kroppen.

Omfattande genetisk analys visade att deras antal kopior eller totala antaletPLAGener som hittats i bakterien hade minskat efterföljande utbrott av sjukdomen, vilket i sin tur minskade dödligheten med 20 procent och ökade längden på infektionen, vilket innebar att värdarna levde längre innan de dog. Dessa studier utfördes i musmodeller av böldpest.

Vice versa, omPLAGenen var i sitt ursprungliga, höga antal kopior, sjukdomen var mycket mer virulent och dödade alla dess värdar och gjorde så mycket snabbare.

Forskarna identifierade också en slående likhet mellan banorna för moderna och antika stammar, som utvecklades oberoendePLAI de senare stadierna av den första och andra pandemin och hittills i tre prover av den tredje pandemin som finns i Vietnam idag.

I både Justinian och Black Death plågor inträffade den evolutionära förändringen ungefär 100 år efter de första utbrotten. Forskare föreslår att när antalet genkopior minskade och de infekterade råttorna levde längre, kunde de sprida en infektion ytterligare, vilket säkerställde patogenens reproduktionsframgång.

"Minskningen avPLAkan återspegla den förändrade storleken och tätheten hos gnagare och mänskliga populationer," förklarar Poinar." Det är viktigt att notera att pesten var en epidemi av råttor, som var drivkrafterna för epidemier och pandemier. Människor var oavsiktliga offer. "

Svarta råttor i städer fungerade sannolikt som "förstärkningsvärdar" på grund av deras höga antal och närhet till människor. Eftersom svarta råttor är mycket mottagliga förY. pestisPatogenen krävde att råttpopulationerna förblir tillräckligt höga för att ge nya värdarY. pestisPassera och fortsätt pandemicykeln.

Men denPLA-De reducerade stammarna dog så småningom ut, vilket troligen återspeglar en ytterligare förändring i förhållandet mellan värd och patogen i deras miljö.

När forskare letade efter tecken på utmattning i en stor uppsättning tredje pandemiprover i en samling vid Institut Pasteur, fann de tre samtida stammarPLAUtmattning.

"Tack vare våra internationella samarbetspartners som övervakar lokala epidemier av pest över hela världen, kunde vi hitta de unika bakterieprover som användes för detta projekt, liknande att hitta tre sällsynta nålar i en höstack", säger Javier Pizarro-Cerdá, medförfattare till arbetet, direktör för direktoratet förYersiniaForskningsenheten och WHO Collaboration Centre for Pest vid Institut Pasteur.

Institutet har en av de rikaste moderna samlingarna i världenY. pestisIsolate tillägger Guillem Mas Fiol, medledare för studien och postdoktor som handledes av Pizarro-Cerdá.

"En av de mest intressanta aspekterna av vår forskning var möjligheten att studera en egenskap som först observerades i utdöda peststammar och som kunde testas experimentellt för första gången i levande samtida bakteriestammar", säger han.

"Även om vår forskning kastar ljus över ett intressant mönster i pestens evolutionära historia, är de flesta av de stammar som cirkulerar till denna dag i Afrika, Sydamerika och Indien de som tidigare var ansvariga för massiv dödlighet", säger Ravneet Sidhu, medförfattare till studien och doktorandkandidat vid McMaster Ancient DNA Center.

Källor: