Генетическая модификация делает чумную палочку менее смертоносной
Небольшое генетическое изменение делает чумную палочку, менее смертоносной, но более заразной, что способствует более широкому распространению болезни в небольших популяциях. Таковы выводы палеогенетиков, которыми они поделились в журнале Science.
Бактерия Yersinia pestis стала виновницей «Черной смерти» — пандемии, унесшей до 50 миллионов жизней в середине XIV века, а также более ранней эпидемии чумы в Средиземноморье в VI веке нашей эры. В небольших количествах эти патогены до сих пор встречаются в некоторых регионах США, Африки и Азии и могут передаться человеку через зараженных блох, которых переносят крысы и другие грызуны.
Предыдущие исследования показали, что у некоторых штаммов Y. pestis снижено количество гена pla, связанного с тяжестью заболевания, но причина этого была неясна, говорит палеогенетик Равнит Сидху из Университета Макмастера в Гамильтоне, Канада.
«Наши результаты описывают случай, когда патоген, вызывающий пандемию, независимо эволюционировал, чтобы вызывать, как мы считаем, менее тяжелую форму болезни», — отмечает она.
Эксперимент на мышах
Для оценки влияния генетического изменения ученые заразили мышей современными штаммами Y. pestis с нормальным уровнем pla, пониженным уровнем этого гена или вообще неспособными его экспрессировать. Когда бактерии вводили под кожу, имитируя форму чумы, поражающую лимфатические узлы, мыши, инфицированные микробами с пониженным pla, жили почти на два дня дольше, чем те, кому достался нормальный штамм. Смертность также снизилась со 100% при заражении нормальным штаммом до 85% при заражении штаммом с пониженным pla. Однако при внутривенном введении или заражении через нос (имитация инфекции крови или легких) штамм с пониженным pla так же смертоносен, как и обычный.
Были также изучены геномы древних и современных штаммов Y. pestis, чтобы выяснить, насколько распространено снижение pla. От 30% до 50% древних штаммов, полученных из ранее опубликованных исследований, показали признаки такого снижения, как и три современных штамма, выделенных в 1994 году от человека и двух крыс. Исследователи проанализировали генетические данные этих древних и современных штаммов и обнаружили, что уменьшение было вызвано делецией участка ДНК длиной 2100 пар оснований с геном pla в одной области генома, и интеграцией несущей его плазмиды, небольшой молекулы ДНК, в другие области.
Ученые объясняют снижение pla уменьшением плотности популяций грызунов в результате повторяющихся вспышек чумы. Продление времени, в течение которого крысы оставались заразными, давало им больше возможностей перемещаться между разрозненными популяциями, повышая шансы распространения болезни.
Маленькое изменение с большими последствиями
Результаты показывают, как сильно влияют на заразность даже небольшие генетические изменения, заметила микробиолог Франческа Шорт из Университета Монаша в Мельбурне, Австралия: «Это даже не удаление гена. Это изменение его дозировки, которое возникало многократно в истории, и авторы убедительно связали это изменение со снижением вирулентности и потенциальным увеличением заразности».
Сидху воздержалась от экстраполяции этих выводов на другие пандемические патогены, такие как коронавирус SARS-CoV-2, поскольку генетическое изменение, вероятно, было выгодно патогену только в конце вспышек, когда самый фатальный его вариант не мог выжить.
«На самом деле, чтобы понять, как ведут себя другие болезни, необходимы специальные исследования этих заболеваний с привлечением данных из разных областей, включая теоретическую и экспериментальную эволюцию», — заключила исследовательница.
