Как небольшая генетическая мутация в Yersinia pestis изменила историю человечества

Исследуя бактерию Yersinia pestis, вызывающую эпидемии чумы, такие как "Чёрная смерть", Уиндем Лэтем, доктор философии, и его команда обнаружили одно небольшое генетическое изменение, которое фундаментально повлияло на эволюцию смертельного патогена и, следовательно, на ход человеческой истории.

В статье, опубликованной в Nature Communications, учёные показали, как приобретение одного гена привело к переходу Y. pestis от вызывания в основном желудочно-кишечной инфекции к более серьёзному и часто смертельному респираторному заболеванию. Они также продемонстрировали, как последующие модификации этого гена усилили инфекции, связанные с бубонной чумой.

Команда изучила предковые штаммы бактерии на мышиных моделях, чтобы понять, когда Y. pestis приобрела способность инфицировать лёгкие и вызывать тяжёлую форму болезни — лёгочную чуму.

В самом древнем из ныне существующих штаммов Y. pestis бактерия могла успешно колонизировать лёгкие, но не могла вызвать тяжёлое заболевание. Ключевым отличием от родственных штаммов, способных вызывать лёгочную чуму, был ген поверхностного белка Pla.

Исследователи вставили ген Pla в этот древний штамм и обнаружили, что новая мутантная форма получила способность вызывать респираторную инфекцию, идентичную современным болезнетворным штаммам. Это доказало, что ген Pla был необходим для заражения лёгких. При этом никаких других изменений в Y. pestis не потребовалось, несмотря на последующую эволюцию бактерии.

Лаборатория также изучила варианты гена Pla и обнаружила, что единственная модификация, присутствующая только в современных штаммах, стала критической адаптацией, позволившей бактерии распространяться в организме и инфицировать лимфатические узлы, вызывая бубонную чуму.

Это привело к неожиданному выводу: вопреки текущим представлениям, Y. pestis, возможно, сначала эволюционировала как респираторный патоген, а уже затем научилась вызывать более распространённую бубонную форму чумы.

По словам Лэтема, это исследование может объяснить, как Y. pestis перешла от локальных вспышек к пандемическому распространению, как во время Юстиниановой чумы VI века и "Чёрной смерти" XIV века. Данные показывают, что вставка и последующая мутация гена Pla позволили появиться новым, быстро эволюционирующим штаммам болезни.