Одним из самых мрачных периодов в средневековой Европе была пандемия чумы , известная как Черная смерть, которая убила не менее 25 миллионов человек всего за пять лет. Но болезнь не остановилась на этом. Чума адаптировалась, чтобы поддерживать жизнь своих хозяев дольше, поэтому она могла распространяться дальше и продолжать заражать людей на протяжении столетий, и теперь исследователи говорят, что они обнаружили, как это произошло.
Заболевание вызывает бактерия Yersinia pestis, которая циркулирует среди людей по меньшей мере 5000 лет . Возбудитель стал причиной трех крупных пандемий чумы с первого века нашей эры, и хотя самые смертоносные годы, похоже, уже позади, чума не исчезла.
Случаи заболевания все еще происходят несколько раз в год в Азии, Южной Америке и Соединенных Штатах, а чаще в некоторых частях Африки, по данным клиники Кливленда , и их можно лечить антибиотиками.
Ученые все еще ищут ответы на вопрос о том, как развивалась и распространялась Y. pestis, но недавний анализ древних и современных образцов Y. pestis показал, как чума могла сохраняться среди людей в течение сотен лет после того, как пандемические волны сошли на нет. После начального периода высоких показателей инфицирования и быстрой смертности — когда инфицированные люди умирали в течение трех дней — изменения всего лишь одного гена в бактерии привели к появлению новых штаммов, которые были менее смертоносными и более заразными, согласно исследованию, опубликованному в четверг в журнале Science .
Эти ослабленные штаммы в конечном итоге вымерли; доминирующая линия сегодняшнего Y. pestis является более смертоносной разновидностью, сообщают авторы исследования. Однако эти выводы об исторических примерах адаптации Y. pestis могут дать важные подсказки, которые помогут ученым и врачам справиться с современными вспышками чумы.
Наиболее распространенной формой чумы является бубонная чума, которая вызывает болезненное опухание лимфатических узлов и распространяется среди людей через укусы блох, путешествующих автостопом на инфицированных крысах. Известно, что вспышка бубонной чумы в Европе с 1347 по 1352 год унесла жизни около 30–50 % населения континента. Но самая ранняя известная вспышка бубонной чумы — чума Юстиниана — охватила Средиземноморский бассейн и продолжалась с 541 по 544 год нашей эры. Другая вспышка чумы возникла в Китае в 1850-х годах и вызвала крупную эпидемию в 1894 году. Ученые рассматривают современные случаи чумы как часть этой третьей пандемии.
Для нового исследования ученые собрали древние образцы Y. pestis из человеческих останков, датируемых примерно 100 годами после появления первой и второй пандемий чумы, образцы останков из Дании, Европы и России. После реконструкции геномов этих штаммов чумы они сравнили их с более старыми, древними штаммами, которые датируются началом пандемий чумы.
Исследователи также изучили более 2700 геномов современных образцов чумы из Азии, Африки, Северной и Южной Америки. Один из соавторов исследования, Дженнифер Кланк, является научным сотрудником по продуктам в Daciel Arbor Biosciences, биотехнологической компании в Мичигане, которая предоставила синтетически созданные молекулы для экспериментов, но не получила никакой финансовой выгоды, связанной с исследованием.
Исследователи обнаружили, что их недавно реконструированные геномы, датированные 100 годами ранее первых двух пандемий чумы, содержали меньше копий гена pla , который на протяжении десятилетий считался одним из факторов, делающих чуму столь смертоносной, по словам соавтора исследования Равнита Сидху, докторанта Центра древней ДНК Макмастера при Университете Макмастера в Онтарио, Канада.
Pla кодирует фермент, который взаимодействует с белками хозяина, «и одна из функций, которую он выполняет, заключается в разрушении тромбов», — сказал Сидху CNN. Эта способность помогает Y. pestis распространяться в лимфатические узлы хозяина, где он размножается, прежде чем атаковать остальную часть тела.
«Не все функции этого гена полностью известны», — добавила Сидху. Однако предыдущие исследования других исследователей связывали pla с тяжестью заболевания, вызванного как бубонной, так и легочной чумой — воздушно-капельной формой заболевания, поражающей легкие, сказала она.
Хотя реконструированные штаммы показали меньше копий гена pla, ученые все еще не были уверены, повлияет ли это напрямую на то, насколько смертоносной может быть болезнь. Поэтому они протестировали штаммы бубонной чумы с пониженным содержанием pla на мышах и обнаружили, что показатели выживаемости при этом типе чумы были на 10–20 процентов выше у этих подопытных, чем у мышей, инфицированных Y. pestis, у которых было нормальное количество гена pla . Кроме того, реконструированному бубонному штамму потребовалось примерно на два дня больше времени, чтобы убить своих хозяев.
«В статье представлен весомый аргумент в пользу того, что истощение, но не полная потеря Pla (фермента, вырабатываемого геном pla) является частью эволюции возбудителя чумы и может помочь объяснить спад чумы во время второй пандемии, широко известной как Черная смерть», — сказала доктор Дебора Андерсон, профессор ветеринарной патобиологии в Колледже ветеринарной медицины Университета Миссури. Андерсон, которая не участвовала в новом исследовании, изучает вирулентность чумы, и эти результаты могут пролить свет на закономерности передачи в современных случаях, сказала она CNN в электронном письме.
«Наша лаборатория изучает цикл блох-грызунов, и у нас есть сотрудники, которые проводят полевые исследования в районах, где ежегодно или время от времени случаются вспышки чумы в дикой природе», — сказал Андерсон.
«Существует около 300 видов грызунов, которые могут переносить Yersinia pestis, и сегодня роющие грызуны, такие как луговые собачки или суслики, считаются основными животными-хозяевами, у которых случаются вспышки заболевания», — добавила она. «После прочтения этой статьи мы в будущем уделим Pla более пристальное внимание, чтобы увидеть, продолжает ли его экспрессия играть роль в продвижении взрывных вспышек чумы в популяциях животных».
«Эпидемическое выгорание»
Математические модели показали, как это могло происходить в человеческих популяциях столетия назад, что привело к «эпидемическому выгоранию» примерно через 100 лет после вспышки бубонной чумы.
На ранних стадиях пандемии инфекции были быстрыми, и смерть наступала быстро как для крыс, так и для людей. Со временем, по мере того как плотные популяции крыс редели, селективное давление благоприятствовало появлению менее смертоносного штамма Y. pestis с меньшим количеством копий гена pla . Крысы-хозяева, инфицированные этим новым штаммом, имели бы немного больше времени для переноса болезни, что потенциально позволяло бы им заразить больше крыс — и больше людей.
«Они предлагают модель, которую можно легко реализовать в лабораторных условиях и которая может помочь объяснить распространение чумы в дикой природе сегодня», — сказал Андерсон.
Эти более слабые штаммы болезни в конечном итоге выдохлись и вымерли. В современных образцах исследователи обнаружили всего три примера штаммов с редуцированными генами pla из Вьетнама: один от человека и два от черных крыс (Rattus rattus).