Вспышки заболеваний и эпидемии всегда были частью истории человечества и цивилизации. В различные периоды инфекционные заболевания привели к сокращению значительной части населения, существенно изменив структуру и динамику общества и разрушительной экономики.
Много веков назад считалось, что распространение болезни связано с ядовитым свойством воздуха, или миазмой, происходящей от гниющего органического вещества. Лишь после крупных открытий в микробиологии теория миазмы была окончательно отвергнута и микроорганизмы были наконец признаны возбудителями заболеваний.
Подавляющее большинство усилий по секвенированию патогенов было сосредоточено на современных случаях, в значительной степени из-за возросших трудностей сбора и успешного секвенирования исторического патогенного генетического материала, который со временем значительно разлагается.
Однако недавно было продемонстрировано, что это действительно возможно, и в ряде исследований были собраны данные о последовательности патогенов из древних источников.
Предыдущие исследования древних эпидемий в значительной степени основывались только на исторических и археологических данных. Геномные данные могут служить дополнительным источником информации, который может рассматриваться наряду с другими доказательствами.
Проблемы и ограничения геномики древних патогенов
За последние 15-20 лет в технологии секвенирования следующего поколения были достигнуты огромные успехи, и сбор геномных данных из современных образцов патогенов в настоящее время осуществляется относительно быстро, недорого и легко.
За исключением вируса испанского гриппа 1918 г., вируса гепатита В и ВИЧ, почти все исследования генома древних патогенов ограничиваются патогенами ДНК, поскольку, как правило, не предполагается, что РНК сохранится в археологических источниках.
Древняя ДНК страдает от окислительных и гидролитических повреждений и фрагментации на части, обычно короче 100 пар оснований.
Кроме того, после смерти ткани колонизируются грибковыми и бактериальными разлагателями, что значительно снижает относительное количество эндогенных молекул и может привести к ложноположительным результатам. Выходы древних ДНК хозяина (не говоря уже о патогенах-мишенях) часто составляют менее 1% от общего содержания ДНК.
Эти факторы усложняют извлечение ДНК, создание высокопроизводительных библиотек секвенирования, выравнивание ДНК и анализ генома.
Большинство патогенов не оставляют диагностических изменений в костях и зубах, наиболее часто сохраняемых археологических тканях.
Поэтому в большинстве исследований использовался материал, надежно связанный историческими записями с известными патогенами. Стоматологическое исчисление также является богатым источником патогенов и микроорганизмов полости рта.
Древнее происхождение и географическое распространение: Дело о чуме Ерсинии.
Y. pestis - грамотрицательная бактерия, которая может передаваться от грызунов к человеку. У людей она может вызывать бубонные, септицемические и легочные заболевания, которые являются высоко летальными без применения антибиотиков. Из исторических источников известно, что за последние 1500 лет по меньшей мере три пандемии Y. pestis прокатились по большим регионам земного шара. Первая пандемия, также известная как Юстинианская чума, впервые произошла в Египте и распространилась на север, в Константинополь в 541-543 годах, восточной столице Римской империи и прилегающих регионах. В Европе и Средиземноморье локальные вспышки и распространение происходили до VIII века. Вторая пандемия, широко известная как "черная смерть" или "Великая язва", произошла в 1346-1352 гг. и привела к сокращению населения Европы на целых 30 миллионов человек, вплоть до 18 века, когда вновь вспыхнула чума. Считается, что третья пандемия началась на юго-западе Китая в 1860-х годах, и ее распространение в другие страны ускорилось благодаря использованию пароходов, железных дорог и перемещению военных войск.
Интенсивность чумы Ерсинии
Интересным остается вопрос, почему чума была особенно распространена в Европе в прошлом. Посредством секвенирования генома древних штаммов Y. pestis у инфицированных людей в Евразии бронзового века (5800 лет назад) было установлено, что приобретение есинийского мышиного токсина (имты) имело большое значение в эпидемиологической истории чумы, поскольку это позволило бактериально выжить Y. pestis в векторе блох, дав начало широкомасштабным эпидемиям в прошлом тысячелетии.
Секвенирование генома первых штаммов пандемии чумы также выявило наличие несинонимных SNPs в двух генах вирулентности (ail, кодирующий внешний мембранный белок, и yopJ, кодирующий эффективный белок), что могло способствовать повышению уровня смертности во время первой пандемии.
Хотя исследования образцов древней чумы дали представление о географическом распространении и потенциальных причинах ее успеха, разумно учитывать влияние плохого и предвзятого отбора образцов на филогенетические выводы.
Отсутствие образцов из определенного географического района может недооценивать или полностью упускать его роль в дальнейшем распространении Y. pestis. Кроме того, отсутствие археологических образцов грызунов может существенно повлиять на выводы о роли животноводческих резервуаров в распространении болезни.
Ожидается, что прогресс в области отбора проб и восстановления древнего генетического материала позволит проводить дальнейшие исследования на уровне популяции и демографических процессов.
