Выжившие после «Черной смерти» передали потомкам гены устойчивости к чуме, однако за это приходится дорого платить. Ученые провели новое исследование, чтобы понять, как именно. Им помог анализ древней ДНК.
«Черная смерть» — снова и снова
«Черная смерть», или пандемия бубонной чумы XIV века, вызванная бактерией Yersinia pestis, унесла жизни от 30 до 50% населения Европы всего за пять лет. После на континенте наблюдались вспышки заболевания каждые несколько лет. И все же каждая последующая уносила меньше жизней, чем предыдущая. Ученые долго не могли понять почему.
Чумная палочка (Yersinia pestis) — вид грамотрицательных бактерий из семейства Yersiniaceae. Инфекционный агент бубонной чумы, также может вызывать чумную пневмонию и септическую чуму.
Согласно одной из теорий, уровень смертности снизился из-за эволюционных изменений бактерии Y. pestis или развившихся европейских культурных обычаев, связанных с гигиеной. Однако улучшение выживаемости могло появиться и в результате быстрого естественного отбора, вызванного пандемией. Согласно предположению ученых, в этом сценарии люди с генами устойчивости к чуме выживали чаще и, таким образом, передавали их следующему поколению с большей скоростью.
Проверка идеи
Чтобы проверить эту гипотезу, эксперты собрали более 500 образцов ДНК из останков людей, умерших до, во время или вскоре после того, как «Черная смерть» охватила Англию и Данию.
Для анализа исследователи извлекли ДНК из останков, захороненных в лондонских чумных ямах Ист-Смитфилд. Это кладбище площадью примерно 2 га, которое использовали для массовых захоронений между 1348 и 1350 годами. Они собрали 318 образцов из Смитфилда и других мест Лондона, а также 198 образцов из пяти мест в Дании. ДНК получили от людей, которые умерли за 500 лет до начала «Черной смерти» и до 450 лет после ее окончания. Причем многие из этих образцов взяли у людей, которые были в «эпицентре событий».
Эксперимент с частями гена
ДНК оказалась сильно деградирована и смешана с другой ДНК окружающей среды, в том числе оставленной микробами. Поэтому биологи изучили только небольшие его участки. Они сосредоточились примерно на 350 специфических генах, которые участвуют в работе иммунной системе, а также примерно на 500 более широких областях генома, ранее связанных с иммунными нарушениями.
Среди генов, связанных с иммунитетом, команда выделила 245 генных вариантов — то есть специфических «ароматов» разных генов. Их особенность в том, что они особенно сильно распространились у лондонцев после начала пандемии. Четыре из них обнаружили в образцах из Дании.
По словам ученых, широкий спектр генов работает вместе, чтобы вызвать иммунный ответ против патогенов, таких как Y. pestis. Из этого следует, что многие из этих генов подпадут под действие естественного отбора во время пандемии. Кроме того, образцы из Англии и Дании могут отличаться разными моделями изменчивости этих генов.
Изображение предоставлено Мэттом Кларком/Университет Макмастера
Чтобы выяснить, защищают ли отмеченные гены людей от чумы и каким образом, они собрали иммунные клетки, известные как макрофаги, у живых людей. Биологи проанализировали их генетический состав, а затем подвергли клетки воздействию Y. pestis в чашках Петри.
«Красный флаг» для иммунитета
Один ген — ERAP2 — оказался ключевым оружием в арсенале иммунных клеток. По крайней мере, в чашках Петри макрофаги, несущие две копии версии ERAP2 убивали Y. pestis более эффективно, чем макрофаги с одной копией варианта гена или без нее. ERAP2 содержит инструкции по созданию белка, который помогает иммунным клеткам отображать на своей поверхности частицы таких чужеродных захватчиков, как бактерии. Это поднимает «красный флаг» для других иммунных клеток, призывая их помочь в борьбе с вирусом.
Макрофаги также выделяют вещества, называемые цитокинами, чтобы сплотить иммунную систему для борьбы с патогенами. Оказалось, что набор цитокинов, выделяемых клетками, варьируется в зависимости от того, какие версии гена ERAP2 они несут.
За все надо платить
Постчумная версия ERAP2 действительно дала носителям преимущество перед «Черной смертью», хотя исследования в лабораторных чашках не полностью отражают то, что происходит с человеком в реальной жизни, подчеркивают ученые.
И, все же, эта защита от чумы могла дорого стоить. Согласно отчету журнала Clinical and Translational Gastroenterology, версия ERAP2, которая защищает от Y. pestis, является известным фактором риска болезни Крона. Авторы исследования отметили, что другие генетические варианты, отмеченные в новом исследовании, связаны с повышенным риском аутоиммунных заболеваний, включая ревматоидный артрит и волчанку.
Однако во время пандемии это было неважно, подчеркивают ученые. «Срочность пандемии сделала компромисс неизбежным», — объясняют они в комментарии к статье в журнале Nature. Подобные компромиссы, вероятно, были и во время других исторических вспышек, до и после «Черной смерти». Отголоски этих событий все еще можно наблюдать в ДНК современных людей.
Читать далее:
НАСА раскрыло происхождение Хаумеи — самой загадочной планеты Солнечной системы
Живые организмы сделали Марс непригодным для обитания
Печень может работать более 100 лет: ученые рассказали, как это возможно