Древнейшие реконструированные геномы бактерий связывают земледелие и скотоводство с появлением новых болезней

Переход к сельскохозяйственному и скотоводческому образу жизни (неолитическая революция) давно рассматривается как возможная возможность для возникновения адаптированных к человеку болезней. Новое исследование, опубликованное в Nature Ecology & Evolution под руководством Феликса М. Кея, Александра Хербига и Йоханнеса Краузе из Института истории человечества Общества Макса Планка, изучило останки людей из Западной Евразии и реконструировало восемь древних геномов Salmonella enterica. Эти результаты проливают свет на серьёзную проблему здоровья в прошлом и показывают эволюцию этого патогена за 6500 лет.

Поиск древних патогенов

Большинство патогенов не оставляют следов на скелете, что затрудняет их идентификацию. Используя новый метод скрининга бактерий HOPS, исследователи преодолели многие проблемы поиска древних патогенов в метагеномных данных.

«Нашими новыми методами мы смогли проверить тысячи археологических образцов на следы ДНК Salmonella», — говорит Хербиг. Учёные проанализировали 2739 древних человеческих останков и в итоге реконструирова восемь геномов Salmonella возрастом до 6500 лет — это древнейшие на сегодня реконструированные бактериальные геномы. Геномы были восстановлены из образцов зубов, что указывает на системное заболевание у этих людей на момент смерти.

Изученные индивиды происходили с территорий от России до Швейцарии и представляли разные культуры: от поздних охотников-собирателей до кочевников-скотоводов и ранних земледельцев. «Этот широкий спектр во времени, географии и культуре позволил нам впервые с помощью молекулярной генетики связать эволюцию патогена с развитием нового образа жизни человека», — пояснил Хербиг.

Процесс «неолитизации» создал возможности для эволюции патогенов

Долгое время выдвигалась гипотеза, что переход к оседлому земледельческому образу жизни («неолитизация») из-за одомашнивания животных, увеличения контакта с экскрементами и изменения мобильности позволил более постоянное воздействие патогенов и возникновение новых болезней. Однако до этого исследования не было прямых молекулярных доказательств.

«Древняя метагеномика даёт беспрецедентное окно в прошлое человеческих болезней», — говорит ведущий автор Феликс М. Кей. — «Теперь у нас есть молекулярные данные, чтобы понять возникновение и распространение патогенов тысячи лет назад».

Люди, свиньи и происхождение Paratyphi C

Исследователи установили, что все шесть геномов Salmonella, полученных от скотоводов и земледельцев, являются предшественниками штамма Paratyphi C, который специфично инфицирует людей, но сегодня встречается редко. Однако эти древние Salmonella, вероятно, ещё не были адаптированы исключительно к человеку и инфицировали как людей, так и животных. Это говорит о том, что культурные практики, связанные с неолитизацией, способствовали появлению этих предшественников, а затем и человеко-специфичного заболевания.

Ранее предполагалось, что этот штамм Salmonella перешёл от одомашненных свиней к людям около 4000 лет назад. Но обнаружение штаммов-предшественников у людей более 5000 лет назад позволяет предположить, что передача могла идти от людей к свиньям. Авторы, однако, предлагают более умеренную гипотезу: человеческая и свиная специфичные Salmonella эволюционировали независимо от неспецифичных предшественников в условиях тесного контакта человека и животных.

«Мы начинаем понимать генетику адаптации Salmonella к хозяину, — говорит Кей, — и можем перевести эти знания в понимание механизмов возникновения болезней, адаптированных к человеку и животным».

Учёные надеются, что это исследование продемонстрирует возможности таких методов и что будущие работы глубже изучат, как культурная эволюция человека влияла на эволюцию адаптированных к нему болезней.