Учёные раскрыли тайну ослабления чумы во время пандемий

Команда учёных из Канады, Франции, США и Австралии представила новые данные, способные изменить представления об истории самой смертоносной инфекции в истории человечества — чуме. В их исследовании, опубликованном в журнале Science, говорится о том, что во время каждой из трёх известных пандемий чумы её возбудитель, бактерия Yersinia pestis, терял часть своей вирулентности. Иными словами, способность заражать и убивать человека со временем ослабевала, что, как полагают исследователи, помогало патогену закрепляться в популяциях грызунов и выживать в условиях природной фрагментации.

Как отмечается в работе, Yersinia pestis — зоонозная бактерия, способная передаваться человеку от грызунов через укусы блох. Именно такие переходы, по словам учёных, становились триггером для начала трёх пандемий. Первая началась с Юстиниановой чумы в VI веке, вторая — с Чёрной смерти в XIV веке, третья стартовала в Китае в XIX веке и продолжается в отдельных очагах по сей день. Однако каждый раз наиболее смертоносной была именно первая волна, а все последующие вспышки были заметно менее фатальными. Это наводило исследователей на мысль о том, что чумная палочка могла меняться по ходу пандемии.

Эволюционный биолог Хендрик Пойнар из Университета Макмастера вместе с коллегами проследил за судьбой гена pla, одного из ключевых факторов вирулентности чумной палочки. Учёные сравнили геномы бактерий из останков жертв всех трёх пандемий, а также современных штаммов, собранных Пастеровским институтом в Париже. Они обнаружили, что спустя около века после начала каждой пандемии количество копий pla значительно снижалось — вплоть до 93 процентов. Причём такие изменения совпадали по времени с уменьшением масштабов эпидемий и фрагментацией популяций переносчиков, что позволяло патогену дольше циркулировать в природе, не вызывая массовой смертности.

Особое внимание было уделено тому, где в геноме происходили эти изменения. Оказалось, что в древности pla перемещался с высококопийной плазмиды pPCP1 в хромосому, а в современных штаммах — в низкокопийную плазмиду pCD1. Это приводило к уменьшению ферментативной активности в опытах in vitro, что служило ещё одним подтверждением снижения вирулентности.

Для проверки этой гипотезы учёные провели серию экспериментов на мышах. Им вводили чумную палочку с различным количеством копий гена pla — от полного набора до почти полного отсутствия. Результаты показали, что снижение числа копий pla напрямую связано с более длительным течением болезни и меньшей смертностью при бубонной форме чумы. Однако при лёгочной и септической формах заболевания это влияние отсутствовало, что подчёркивает специфичность действия гена.

На основании собранных данных команда учёных предположила, что в условиях крупных, плотно связанных популяций крыс и людей высоковирулентные штаммы имеют преимущество, так как распространяются быстрее. Однако по мере роста смертности популяции грызунов фрагментируются, и бактерии с пониженной вирулентностью становятся более успешными, так как позволяют переносчикам выжить и передать инфекцию дальше. Таким образом, в поздних этапах пандемии на передний план выходят менее смертоносные, но более устойчивые штаммы. Это может объяснять, почему чума "утихала", но не исчезала полностью.

Исследование предоставляет уникальное окно в то, как природный отбор влияет на эволюцию патогенов в условиях масштабных эпидемий. Оно также подчёркивает, что даже такие страшные болезни, как чума, способны к адаптации и постепенному "сожительству" с хозяевами. Однако угроза остаётся: при восстановлении плотности населения и синантропных крыс высоковирулентные штаммы снова могут получить преимущество, что повышает вероятность новой вспышки.