Геномы чумной палочки каменного века проливают свет на раннюю эволюцию, разнообразие и экологию чумы

Бактерия чумной палочки (Yersinia pestis) вызывала многочисленные исторически задокументированные вспышки чумы в античности, средневековой Европе. Недавно выяснилось, что чумная палочка уже поражала людей и в эпоху неолита. Однако остается еще много вопросов: насколько патоген генетически разнообразен? Как распространялась его география? Какова была динамика передачи чумной палочки в период ее ранней эволюции? На эти вопросы группа исследователей из разных стран и пытается найти ответы.

Ученые просмотрели 252 образца из 15 археологических памятников от Западной Европы до восточных евразийских степей, начиная с позднего неолита и заканчивая железным веком (∼5000–2000 л.н.). Результаты предположили выявление неадаптированной к блохам и потенциально вымершей единой линии, которая сохранялась на протяжении тысячелетий без значительных параллельных изменений, и быстро распространялась по континентам. Также, геном рано эволюционировал и, возможно, адаптировался. Его присутствие обнаружилось в виде адаптированной к блохам формы чумной палочки в Иберии бронзового века, ранее идентифицированный только на Кавказе и в Поволжье, что свидетельствует о его широком географическом распространении. 

Какие предполагаются механизмы передачи к человеку?

Отсутствие адаптации к переносчику блох в некоторых линиях чумы предполагает, что динамика передачи была сложной. Например, сегодня модель передачи чумы через блох не единственная форма: легочная форма чумы может передаваться воздушно-капельным путем при тесном контакте между людьми. Сейчас это самая редкая форма, но также были задокументированы случаи заражения легочной формой чумы через вдыхание капель крови в процессе снятия шкуры с туш зараженных животных. Кроме того, чума была зарегистрирована у людей, которые контактировали с инфицированными животными или употребляли в пищу их части. На данный момент все эти сценарии возможны, но для решения этого вопроса необходимы дополнительные исследования.

Какие изменения в поведении человека способствовали повышению риска заражения чумой и ее распространению на дальние расстояния?

В рассматриваемый период появляются такие технологические достижения, как повозки, запряженные волами, и одомашненные лошади. Это повысило мобильность людей, они начали селиться в новых местах обитания, такие как евразийский степной пояс. Учитывая, что евразийская степь служила коридором для связи между географически удаленными человеческими популяциями, особенно в сочетании с усилением и расширением пастбищного животноводства, это могло перекрыть экологические ниши для возникновения зоонозов, а также повысить частоту контактов или пересечение мест обитания между дикими животными, такими как грызуны, и людьми, и их домашним скотом. Помимо вышеописанных факторов, не стоит забывать о беспорядках и войнах, которые тоже играли роль в повышении мобильности.

Разнообразие штаммов в разных концах Европы

Ученые реконструировали новый геном человека, найденного в дольмене «Эль-Сотильо» в Алаве (Испания). Это первое свидетельство доисторической чумы на Пиренейском полуострове, которому около 3361-3181 лет. Он примерно на 500 лет моложе одного из старых геномов из Самарской области в России, идентифицированного как обладающего полным набором генетических признаков, необходимых для передачи от блох и способного вызывать бубонную чуму. Несмотря на разницу в возрасте и то, что геном из Испании представляет другую линию адаптированной к блохам чумы в Европе, этот факт подчеркивает разнообразие штаммов в Евразии.

Неадаптивные к блохам геномы происходят от одной линии

Нынешнее разнообразие и состав геномов рассматриваемого периода показывает различные характеристики по сравнению с адаптированными к блохам линиям, которые отвечают за более поздние эпидемии чумы. Для проверки вероятности происхождения генома из одной популяции была исследована потенциальная корреляция между генетическим и географическим расстоянием и генетическим и временным расстоянием. Исследование показало сильную положительную корреляцию между генетическим расстоянием и временем, что указывает на то, что они произошли от одной линии. Ученые также не наблюдали вклад в генетическую дистанцию, объясняемую географией, что говорит о высокой мобильности этой линии.

От чего еще зависит разнообразие ранней чумы?

Это характеризуется не только геномной изменчивостью, но различиями экологий и способов передачи. Исследователи предполагают, что цикл передачи был аналогичным наблюдаемому в современности, где блохи служат переносчиками болезни и поддерживать передачу бактерии в популяциях грызунов-хозяев. Однако формулировка гипотез о путях передачи чумной палочки ограничена отсутствием древних линий патогена. И хотя они были восстановлены у людей, это не дает сведений о хозяевах прошлых штаммов, и соответственно, не отвечает на вопрос об их передаче. Чумная палочка может инфицировать широкий круг млекопитающих, в особенности, грызунов. Плотоядные виды, домашние животные или птицы, потенциально могут распространять болезнь в другие регионы, однако это считаются маловероятным, поскольку для современной чумы эти виды участвуют только в расселении на короткие расстояния и обычно представляют собой тупиковые пути.

Влияние на жизнь людей

Касательно палеоэпидемиологических закономерностей в человеческой популяции, признаков крупных вспышек среди людей или изменений в практике погребения обнаружено не было. Напротив, все люди, у которых был диагностирован чумной положительный результат, были похоронены в соответствии с местными обычаями захоронения, что указывает на то, что причина смерти не воспринималась как необычная. Это может указывать на то, что люди были не единственными переносчиками болезни, если только тогда штаммы не вызывали менее тяжелую форму чумы.

А что в итоге?

В итоге наблюдение длительного сосуществования в Западной Евразии двух форм чумной палочки (полностью адаптированной к блохам и неадаптированной к блохам форме) на протяжении не менее 2500 лет дало не только ответы, но и новые вопросы. Конкурировали ли эти формы в одной и той же экологической нише, сосуществовали среди одних и тех же хозяев или занимали совершенно разные ниши, требует дальнейшего изучения. Кроме того, остаются вопросы об истории расселения и полном географическом распространении адаптированной к блохам формы. Для неадаптированной формы дополнительные древние геномы периода неолита-бронзового века, особенно извлеченные из останков животных, в сочетании с функциональными исследованиями, оценивающими их генетические характеристики, могли бы стать плодотворными направлениями будущих исследований, чтобы лучше охарактеризовать механизмы передачи ранних форм чумы.

Источник: PNAS