Навіть сьогодні руйнівна глобальна епідемія становить серйозну загрозу. Щоб цього уникнути, нам слід розуміти розвиток, трансформацію та функцію патогенів. Палеогенетика - це недавня дисципліна, яка може революціонізувати наші знання про інфекційні хвороби, аналізуючи ДНК древніх збудників.

Yersinia pestis

Створено: 18 грудня 2019 14:03
Змінено: 30 грудня 2019 року об 11:00

Наука палеогенетика займається вивченням ДНК з найдавніших часів. Його дослідження також охоплює інфекційні хвороби, які стали окремою спеціальністю. Вчені Інституту Макса Планка в Лейпцигу (Марія Спиру, Кірстен Бос, Олександр Гербіг та Йоханнес Краузе) оглянули події в галузі генетичного аналізу давніх збудників у журналі Nature Reviews Genetics. Найголовніше, що безпосереднє дослідження ДНК патогенів (таких як бактерії, віруси та паразити) з археологічних решток може бути використано для відстеження поширення та розвитку патогенів. І це дає розуміння важливих факторів історії людства, оскільки епідемії були силою історії, це також покращує наші знання про сучасні інфекційні хвороби.

В інтерв’ю журналу Knowable Йоганнес Краузе зазначив, що вчені використовують метод для виділення древньої ДНК, витягуючи весь спадковий матеріал із людських решток, часто викопних зубів або кісток, та проводячи послідовність всього. Це дає можливість відрізнити ДНК людини від ДНК шуканих збудників, тоді вони намагаються відбудувати свої геноми. Тобто вони створюють молекулярний запис скам’янілостей, який повідомляє вам, як патогени змінювалися з часом. Це забезпечує важливу інформацію про біологію мікробних організмів, які спричинили важкі епідемії в минулому.

Справа про чорну смерть

Багато людей вважають, що могили тих, хто загинув під час колишніх епідемій, не слід турбувати, бо може статися щось на зразок прокляття фараонів. Тобто інфекційні агенти оживають і будуть вбиті знову. Однак у 1980-х роках вже проводились дослідження, в яких дослідники намагалися відродити та культивувати давні бактерії або віруси. Але ніхто не зміг знову вдихнути життя у більш ніж столітню патогенну мікрофлору. Тому сьогодні вважається дуже малоймовірним, щоб таке могло статися.

Швидкий розвиток галузі досліджень базувався, серед іншого, на тому, що жертви середньовічної чуми надавали достатньо зразків для перевірки методів. Між іншим вдалося розшифрувати, звідки взялася одна з найжахливіших хвороб в історії людства. Серед істориків тривалий час ведуться суперечки щодо того, чи не була смерть від чорного кольору якимсь вірусом чи хворобою, невідомою сьогодні. Безпечною відправною точкою для дослідження було те, що дослідники з Інституту Макса Планка мали доступ до 50 трупів зі знаменитого лондонського кладовища Іст-Смітфілд (неподалік від Вежі), яке використовувалося лише під час пандемії Чорної смерті. Аналіз не залишив сумнівів у тому, чому люди, які там поховані, загинули, оскільки близько половини останків ідентифікували Yersinia pestis.

Спадщина Каффи

Найдавніші історичні документи, що описують чуму, походять з міста Каффа (нині Феодосія) в Криму. У першій половині XIV століття це була генуезька колонія, захищена замковими стінами, яка на сході межувала з золотою Ордою. Зрештою монголи напали на місто, використовуючи біологічну війну. Заражені трупи перекинули через міську стіну, від якого хвороба швидко поширювалася. Жителі Каффи незабаром були змушені відмовитись від поселення і відступили до Італії. Але вони також забрали з собою чуму, яка дуже швидко поширилася в західній частині Європи і лише за п’ять років вбила половину населення.

Марія Спиру зібрала зразки чуми Єрсинії з різних куточків Європи. Одним з геномів, які він вивчав, був штам, що походить із Самарянського регіону Росії, району приблизно в 1500 кілометрах від Криму. Коли він додав цей штам до генеалогічного дерева Єрсіній, виявилося, що він був родоначальником чорної смерті, підтверджуючи думку про те, що хвороба походить зі сходу. Усі інші геноми, зібрані ним у період Чорної смерті з багатьох різних місць Європи, були на 100 відсотків ідентичними цьому. Це показало, наскільки швидко пандемія поширювалася, якщо протягом збудника хвороби нічого не змінювалося. Незважаючи на те, що пізніше бактерії мутували, на той час плем'я, здається, є спільним предком більшості варіантів чуми в світі сьогодні. "Чорна смерть стала свого роду великим вибухом для чуми", - зазначив Краузе.

Сучасні штами чуми теоретично все ще могли б викликати велику епідемію, якби умови все ще панували, як у середньовічній Європі. Навіть сьогодні близько 2500 людей заражаються Yersinia pestis щороку, і більшість цих збудників походять від споріднених штамів. Наприклад, біологія бактерій, що заразили кілька сотень людей на Мадагаскарі в 2017 році, була дуже схожою на біологію чорних смертей. Однак сьогодні гігієна значно покращується, ми не контактуємо з щурами, і у нас також є ефективні антибіотики, без яких рівень смертності все одно становив би 60 відсотків протягом семи-десяти днів.

Як стати вбивцею збудника?

Критичний елемент небезпеки чуми було проілюстровано дослідженням одного з її родичів, бактерії Yersinia pseudotuberculosis. Теоретично цей мікроб є настільки ж небезпечним, як і його сумнозвісний родич, і імунна система, можливо, зможе уникнути таким же чином. Але немає відомих випадків загибелі тканин у крові викликаючи почорніння рук і ніг, від чого також походить термін чорна смерть.

Це пов’язано з тим, що у псевдотуберкульозу Yersinia відсутні гени, необхідні для маніпулювання блохами. Після того, як блоха поглинає кров пацієнта, інфікованого чумою ієрсинії, бактерії виробляють біоплівку, яка, потрапляючи в кишку блохи, запобігає подальшому проковтуванню крові. Через це блохи голодують і їх жалять сотні разів на день. Він вводить кров у контакт з біоплівкою, потім знову виплюває її і переносить бактерії на травму, яка сталася під час нового укусу. Оскільки псевдотуберкульоз Yersinia не має генів для виробництва цієї біоплівки, він не може поширюватися укусами бліх.

Зміни клімату тануть вічну мерзлоту, заморожену тисячоліттями в арктичних регіонах, і танучий грунт вивільняє мікроби старих часів, які, виконуючи свою мрію про Сплячу красуню, іноді представляються серйозною загрозою для сучасної дикої природи. Скільки ми повинні їх боятися? Деталі!

Краузе повідомляє, що нещодавно були знайдені бактерії Yersinia pestis доби бронзи та пізнього кам'яного віку, у яких відсутні деякі з цих генів. Натомість легені, ймовірно, були інфіковані та вони поширюються в повітрі, як сьогодні поводяться деякі чумові бактерії. Ці висновки показують, як Yersinia pestis перетворився на небезпечний людський збудник шляхом набуття однієї критичної риси.

Палеогенетика досягла свого першого великого успіху, дослідивши поведінку чуми, але вчені очікують, що вона буде не останньою. Технологія, яка може бути використана, швидко розвивається, тому є більше шансів це дізнатися які страшні хвороби, що існували колись, переросли в те, що вони є сьогодні, і чи повинні ми боятися воскресіння старих епідемій. Деякі вчені теж не виключають цього, оскільки через глобальне потепління мікроби, які зимують у вічній мерзлоті, можуть почати атаку. Палеогенетика також може зіткнутися з серйозними проблемами у вивченні цих небезпек.