Смертоносная бактерия чумы снизила свою вирулентность и уничтожила большую часть человечества.

На протяжении всей истории человечества чума была синонимом смерти . Трижды он взмахивал своей косой над миром. Первая пандемия произошла в бассейне Средиземного моря в VI веке. Вторая, известная как Черная смерть , стала самым смертоносным событием, когда-либо зарегистрированным, убив до 50% населения Европы между 1347 и 1352 годами. Она неоднократно повторялась на континенте на протяжении более 500 лет. Третья пандемия чумы произошла в Азии в 1850 году, распространилась по всем континентам и до сих пор сохраняется в эндемичных регионах, включая такие страны, как Уганда и Демократическая Республика Конго, а также США и Монголию.

Международная группа ученых выяснила, как бактерия Yersinia pestis , вызывающая бубонную чуму, смогла так долго существовать и стать причиной стольких миллионов смертей. По данным журнала Science, именно один ген, известный как pla, позволил ему выживать на протяжении сотен лет, регулируя его вирулентность и увеличивая время, необходимое для убийства жертв. Чем дольше жили крысы — животные-носители, тем больше времени у них было, чтобы все дальше и дальше переносить возбудителя. К счастью, эти формы чумы со временем вымерли.

Штаммы Юстиниановой чумы вымерли после 300 лет опустошения населения Европы и Ближнего Востока. Штаммы второй пандемии появились в результате заражения популяций грызунов, вызвав «черную смерть», а затем разделились на две основные линии. Одна из этих двух линий является родоначальницей всех современных штаммов. Другой вид возродился в Европе на протяжении столетий и окончательно вымер в начале 19 века.

Используя сотни образцов, взятых у древних и современных жертв чумы, команда искала ген pla — высококопийный компонент Y. pestis, который помогает ему незаметно перемещаться через иммунную систему в лимфатические узлы, прежде чем распространиться по всему организму, вызывая быстрый сепсис.

Комплексный генетический анализ показал, что число копий, или общее число генов pla, присутствующих в бактериях, уменьшалось при последующих вспышках заболевания, что, в свою очередь, снижало смертность на 20% и увеличивало продолжительность инфекции, то есть хозяева жили дольше до смерти. Исследования проводились на мышах (моделях бубонной чумы).

Напротив, когда ген PLA находился на исходном, повышенном уровне, болезнь была гораздо более опасной и убивала каждого из своих хозяев гораздо быстрее.

Ученые также выявили поразительное сходство между траекториями современных и древних штаммов, которые независимо друг от друга демонстрировали схожее снижение уровня PLA на поздних стадиях первой и второй пандемий, а также в трех образцах третьей пандемии, обнаруженных сегодня во Вьетнаме.

И во время Юстиниановой чумы, и во время Черной смерти эволюционные изменения произошли примерно через 100 лет после первых вспышек. Ученые предполагают, что, уменьшив число копий гена и увеличив продолжительность жизни инфицированных крыс, они смогли распространить инфекцию на большие расстояния, тем самым обеспечив репродуктивный успех патогена.

«Снижение заболеваемости чумой может быть следствием изменений в размерах и плотности популяций грызунов и людей», — объясняет Хендрик Пойнар, соавтор исследования и директор Центра древней ДНК Макмастера. «Важно помнить, что чума была эпидемией крыс, которые были причиной эпидемий и пандемий. «Люди были случайными жертвами», — говорит он.

Черные крысы в ​​городах, вероятно, выступали в роли «хозяев-амплификаторов» из-за своей большой численности и близости к людям. Поскольку черные крысы очень восприимчивы к Y. pestis , патогену необходимо, чтобы популяция крыс оставалась достаточно высокой, чтобы обеспечить новых хозяев для выживания Y. pestis и позволить циклу пандемии продолжиться.

Однако штаммы с пониженным содержанием PLA в конечном итоге вымерли, что, вероятно, отражает очередное изменение во взаимоотношениях хозяина и патогена в их среде обитания.

Когда исследователи искали признаки истощения в большом наборе образцов третьей пандемии, хранящихся в коллекции Института Пастера, они обнаружили три современных штамма с истощением PLA.

«Благодаря нашим международным коллегам, которые отслеживают локальные эпидемии чумы по всему миру, мы смогли найти уникальные образцы бактерий, использованные для этого проекта, словно три иголки в стоге сена», — говорит Хавьер Писарро-Серда, один из старших авторов работы, директор отдела исследований иерсиний и Центра сотрудничества ВОЗ по борьбе с чумой при Институте Пастера.

В институте хранится одна из самых богатых в мире коллекций современных изолятов Y. pestis . «Одним из самых захватывающих аспектов нашего исследования стала возможность изучить признак, впервые обнаруженный у вымерших штаммов чумы, который впервые можно было экспериментально проверить на живых современных штаммах бактерий», — добавляет Гиллем Мас Фиоль, соавтор исследования и научный сотрудник-постдокторант под руководством Писарро-Серды.

«Хотя наше исследование проливает свет на интересную закономерность в эволюционной истории чумы, большинство штаммов, которые все еще циркулируют сегодня в Африке, Южной Америке и Индии, являются наиболее вирулентными, теми, которые ранее были причиной массовой смертности», — сказал Равнит Сидху, соавтор исследования и кандидат наук в Центре древней ДНК Макмастера.

Сегодня чума — редкое заболевание, но оно по-прежнему представляет собой проблему общественного здравоохранения и служит моделью для лучшего понимания того, как возникают и исчезают пандемии. «Исследование иллюстрирует баланс вирулентности, который патоген может использовать для эффективного распространения от одного хозяина к другому», — заключает Писарро-Серда.