Гены устойчивости к чуме у выживших после "черной смерти" опасны для их потомков
Выжившие после эпидемии "черной смерти" передали своим потомкам гены устойчивости к чуме. Но эти гены могут сделать современных носителей более восприимчивыми к некоторым аутоиммунным заболеваниям, предполагает новое исследование древней ДНК.
Черная смерть , пандемия бубонной чумы 14-го века, вызванная бактерией Yersinia pestis , унесла жизни от 30% до 50% населения Европы всего за пять лет. После пандемии в Европе наблюдались вспышки чумы, которые вспыхивали каждые несколько лет. Однако, как правило, каждая последующая вспышка уносила меньше жизней, чем предыдущая.
Возможно, уровень смертности снизился из-за эволюционных изменений бактерии Y. pestis или европейских культурных обычаев, связанных с гигиеной. Но улучшенная выживаемость может также отражать быстрый естественный отбор, вызванный пандемией. Ученые предположили, что в этом сценарии люди с генами устойчивости к чуме выживали чаще и, таким образом, передавали эти гены следующему поколению с большей скоростью.
Чтобы проверить эту идею, исследователи собрали более 500 образцов ДНК из останков людей, умерших до, во время или вскоре после того, как "черная смерть" охватила Англию и Данию. Их результаты, опубликованные в среду, 19 октября, в журнале Nature, подтверждают идею о том, что чумаь привела к тому, что определенные версии генов стали более распространенными в более поздних поколениях.
"Люди, у которых были эти аллели, эти мутации, имели больше шансов выжить и передать эти мутации следующему поколению", — сказал Луис Баррейро, соавтор и главный исследователь лаборатории эволюционной иммуногеномики Чикагского университета.
Для своих анализов исследователи извлекли ДНК из останков, захороненных в лондонских чумных ямах Ист-Смитфилд, кладбище площадью примерно 2 гектара, которое использовалось для массовых захоронений между 1348 и 1350 годами. Они собрали 318 образцов из Смитфилда и других мест Лондона. и 198 образцов из пяти мест в Дании. ДНК была получена от людей, которые умерли за 500 лет до начала эпидемии "черной смерти" и до 450 лет после ее окончания, причем многие из этих образцов были получены из периодов времени, наиболее близких к этому событию.
"Это первое исследование древней ДНК, которое фокусируется на таком точном и узком промежутке времени", — сказал Дэвид Энард, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны, который не принимал участия в исследовании.
ДНК была сильно повреждена и смешана с другой ДНК окружающей среды, в том числе оставленной микробами, поэтому команда решила изучить только небольшие участки генома, сказал Баррейро Live Science. Они сосредоточились примерно на 350 специфических генах, которые, как известно, участвуют в иммунной системе, а также примерно на 500 более широких областях генома, ранее связанных с иммунными нарушениями.
Среди генов, связанных с иммунитетом, команда определила 245 генных вариантов — то есть специфические "ароматы" разных генов — которые стали значительно более распространенными у лондонцев после эпидемии. Четыре из них также были обнаружены в образцах из Дании.
По словам Энарда, широкий спектр генов работает вместе, чтобы вызвать иммунный ответ против патогенов, таких как Y. pestis. Из этого следует, что многие из этих генов попали под действие естественного отбора во время смертоносной пандемии бубонной чумы. По его словам, также имеет смысл, что образцы из Англии и Дании могут демонстрировать разные модели изменчивости этих генов.
Затем команда хотела понять, защищают ли отмеченные ими гены людей от чумы и каким образом. Для этого они собрали иммунные клетки, называемые макрофагами, у живых людей; проанализировали их генетический состав; а затем подвергли эти клетки воздействию Y. pestis в чашках Петри.
Один ген — ERAP2 — оказался ключевым оружием в арсенале иммунных клеток.
По крайней мере, в чашках Петри макрофаги, несущие две копии версии ERAP2, которая стала более распространенной после Черной смерти, 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 чужеродных захватчиков, таких 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. Команда обнаружила, что набор цитокинов, выделяемых клетками, варьируется в зависимости от того, какие версии гена ERAP2 они несут.
Эти результаты могут указывать на то, что постчумная версия ERAP2 действительно дала носителям преимущество перед Черной смертью, хотя исследования в лабораторных чашках не полностью отражают то, что происходит с человеком, отметил Баррейро.
Однако эта защита от чумы могла дорого стоить. Согласно отчету журнала Clinical and Translational Gastroenterology за 2016 год, версия ERAP2, защищающая от Y. pestis , является известным фактором риска развития болезни Крона. Авторы исследования отметили, что другие генетические варианты, отмеченные в новом исследовании, связаны с повышенным риском аутоиммунных заболеваний , включая ревматоидный артрит и волчанку.
"Возможно, этот повышенный риск просто не имел значения во время Черной смерти — срочность пандемии могла сделать компромисс неизбежным", — написал Энард в комментарии, опубликовано в Nature. Подобные компромиссы, вероятно, имели место во время других исторических вспышек, до и после "черной смерти", сказал Энард, поэтому отголоски этих событий могут все еще звучать в ДНК современных людей.