科学家发现单个基因如何影响鼠疫大流行的进程

科学家发现单个基因如何影响鼠疫大流行的进程

科学家们已经记录了细菌中单个基因引起黑死病的方式。鼠疫耶尔森菌通过调整其毒力和杀死受害者所需的时间，使其得以生存数百年，但这些形式的鼠疫最终灭绝了。

麦克马斯特大学和法国巴斯德研究所的研究人员今天在该杂志上发表了一项研究科学解决了有关流行病的一些基本问题：它们如何进入人类群体，引起巨大的疾病，并进化出不同程度的毒力以在人群中持续存在？

黑死病仍然是有记录的人类历史上最致命的流行病，在欧洲、西亚和非洲传播时估计导致 30% 至 50% 的人口死亡。 14世纪它一波又一波地出现了500多年，一直持续到1840年。

黑死病是由引起查士丁尼鼠疫的同一细菌引起的，查士丁尼鼠疫是 500 年代中期爆发的第一次鼠疫大流行。第三次鼠疫大流行于 1855 年在中国爆发，并持续至今。现在，抗生素可以更好地控制其致命影响，但在马达加斯加和刚果民主共和国等经常报告病例的地区，仍然可以感受到这种影响。

这是第一个直接检查我们今天仍然看到的古代病原体变化的研究之一，以了解是什么驱动了流行病的毒力、持久性和/或最终灭绝。 “

Hendrik Poinar，该研究的共同高级作者、麦克马斯特古代 DNA 中心主任和遗传人类学主席 Michael G. DeGroote

查士丁尼瘟疫部落在对欧洲和中东人口进行了300年的蹂躏后死亡。第二次大流行毒株从受感染的啮齿动物种群中出现，并引发了黑死病，然后分裂成两个主要谱系。这两条血统之一是所有现代部落的祖先。其他物种在几个世纪以来被重新引入欧洲，并最终在 19 世纪初灭绝。

研究小组利用来自古代和现代瘟疫受害者的数百个样本，将注意力集中在一种被称为“瘟疫”的基因上。解放军，的高拷贝组件鼠疫杆菌这有助于在扩散到身体其他部位之前不被发现地通过免疫系统到达淋巴结。

广泛的遗传分析表明，它们的拷贝数或总数解放军在细菌中发现的基因减少了随后的疾病爆发，从而将死亡率降低了 20%，并延长了感染时间，这意味着宿主在死亡前的寿命更长。这些研究是在黑死病小鼠模型中进行的。

反之亦然，如果解放军基因处于原来的高拷贝数状态，这种疾病的毒性更强，杀死了每一位宿主，而且速度更快。

科学家们还发现现代和古代部落的轨迹之间存在惊人的相似性，它们是独立进化的解放军在第一次和第二次大流行的后期阶段以及迄今为止在越南发现的第三次大流行的三个样本中。

在查士丁尼瘟疫和黑死病瘟疫中，进化变化发生在最初爆发后大约 100 年。科学家认为，随着基因拷贝数的下降和受感染老鼠的寿命延长，它们能够进一步传播感染，确保病原体的繁殖成功。

“减少解放军可能反映了啮齿动物和人类种群规模和密度的变化，”Poinar 解释道。值得注意的是，鼠疫是老鼠的流行病，老鼠是流行病和大流行的驱动因素。人们是意外的受害者。 “

城市中的黑鼠可能充当“放大宿主”，因为它们数量众多且与人类接近。因为黑鼠非常容易受到感染鼠疫杆菌该病原体需要老鼠数量保持足够高的水平才能提供新的宿主鼠疫杆菌度过并继续大流行周期。

然而，解放军-减少的菌株最终灭绝，可能反映了其环境中宿主与病原体关系的进一步转变。

当研究人员在巴斯德研究所收集的大量第三次大流行样本中寻找疲惫迹象时，他们发现了三种当代菌株解放军精疲力尽。

“感谢我们的国际合作者在全球范围内监测鼠疫当地流行情况，我们能够找到用于该项目的独特细菌样本，类似于大海捞针中找到三根稀有的针，”该研究的共同高级作者、鼠疫局局长哈维尔·皮萨罗-塞尔达 (Javier Pizarro-Cerdá) 说道。耶尔森氏菌研究单位和巴斯德研究所的世界卫生组织害虫合作中心。

该研究所拥有世界上最丰富的现代藏品之一鼠疫杆菌Isolate 补充道，吉列姆·马斯·菲奥尔 (Guillem Mas Fiol) 是该研究的联合领导者，也是博士后研究员，由皮萨罗-塞尔达 (Pizarro-Cerdá) 指导。

“我们研究中最有趣的方面之一是有机会研究首次在已灭绝的鼠疫菌株中观察到的特征，并且可以首次在当代活细菌菌株中进行实验测试，”他说。

该研究的共同主要作者、麦克马斯特古代 DNA 中心的博士生拉夫尼特·西杜 (Ravneet Sidhu) 表示：“虽然我们的研究揭示了鼠疫进化史上的一个有趣模式，但迄今为止在非洲、南美洲和印度传播的大多数菌株都是以前造成大量死亡的菌株。”

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