Возвращение "Черной смерти"

Международной группе исследователей удалось полностью восстановить геном возбудителя чумы, который вызвал одну из самых масштабных эпидемий в истории человечества, известную как "Черная смерть". Ранее полностью реконструировать геном какого-либо древнего микроба не удавалось.

Эпидемия "Черной смерти" произошла в XIV веке. До недавнего времени вопрос о том, какая именно инфекция стала ее причиной, оставался предметом дебатов. Однако генетические исследования, опубликованные в 2010 году, подтвердили господствовавшую до этого точку зрения, согласно которой катастрофу вызвала палочка чумы – Yersinia pestis.

Предполагается, что этот микроб в первой половине XIV века проник с территории современного Китая в Европу по Великому шелковому пути, в 1346 году достигнув Крыма. Оттуда крысы, обитавшие на торговых судах и служащие резервуаром инфекции, быстро разнесли чуму по всей Европе.

Разыгравшаяся в результате этого эпидемия "Черной смерти", пик которой пришелся на 1348-1350 годы, унесла жизни от 30 до 60 процентов населения Европы, уменьшив население Земли с примерно 450 миллионов до 350-375 миллионов и значительно повлияв на ход мировой истории.

География распространения "Черной смерти". Иллюстрация исследователей

Неудивительно, что конкретный штамм и особенности возбудителя этой эпидемии давно интересовали ученых самого разного профиля – от инфекционистов до историков.

В 1980-х годах сотрудники Лондонского музея провели раскопки захоронения примерно 2,4 тысяч жертв "Черной смерти" в Ист-Смитфилде неподалеку от лондонского Тауэра. Группа исследователей под руководством Кирстен Бос (Kirsten Bos) из канадского университета Макмастера и Йоханнеса Краузе (Johannes Krause) из немецкого Университета Тюбингена использовали в исследовании зубы четырех эксгумированных черепов, находящихся на хранении в музее.

Как следует из отчета, опубликованного в Nature, из этих зубов ученые выделили миллионы фрагментов ДНК, принадлежащих Y.pestis, а также умершим людям и бактериям, разложившим тела после смерти.

Для выделения и реконструкции генома возбудителя исследователи воспользовались тем, что нуклеотиды (четыре структурные единицы ДНК, или "буквы" генетического кода), расположены в двух цепочках молекулы ДНК комплементарно, то есть в четком соответствии друг с другом (аденин одной цепочки соединяется с тимином другой, а гуанин, соответственно, с цитозином).

Выделив ДНК современных палочек чумы, ученые использовали их для подбора и выделения комплементарных фрагментов генома древнего возбудителя. После удаления дублирующихся последовательностей нуклеотидов и фильтрации в их распоряжении оказался генетический материал, содержащий в сумме 2366647 "букв". Средняя длина фрагментов этого материала составила 55,53 азотистых основания.

Затем, опять воспользовавшись геномом современных Y.pestis, исследователи собрали эти фрагменты в целостную двухцепочечную ДНК, состоящую из примерно 4,6 миллиона нуклеотидов. Задача несколько упрощалась тем, что генетический материал бактерий содержится в единственной хромосоме (за исключением трех плазмид – дополнительных молекул ДНК, не кодирующих структурные белки микроба. Плазмиды возбудителя "Черной смерти" были реконструированы тем же способом, что и хромосомная ДНК).

Как отмечают исследователи, разработанная технология может применяться для расшифровки генома любого древнего микроба, представляющего научный интерес. "Это существенный технологический шаг вперед, значительно продвигающий всю область исследований ДНК и патогенов", - отметил эксперт по древним эпидемиям чумы из Университетского колледжа Корка в Ирландии Марк Эктман (Mark Achtman), ранее открывший китайское происхождение чумы и не принимавший участия в настоящем исследовании.

Проанализировав геном возбудителя "Черной смерти", исследователи обнаружили, что, во-первых, за прошедшие с эпидемии 660 лет у бактерии изменилась структура лишь 12 генов, а во-вторых, все известные сейчас штаммы чумной палочки являются потомками восстановленной Y.pestis. Каждый из эволюционировавших генов планируется тщательно исследовать, чтобы выяснить, как они влияют на вирулентность микроба.

Флюоресцентная микрофотография Y.pestis. Иллюстрация CDC

Учитывая такое сходство древнего возбудителя с современными (которые даже в районах, где лечение труднодоступно, не вызывают масштабных эпидемий), ученые предположили, что основной причиной "Черной смерти" стала не высокая агрессивность иерсинии, а условия, в которых жили европейцы в XIV веке.

Это вполне соответствует существующим гипотезам об эпидемии. Перед ее возникновением в Европе, где постоянно росло население, началось похолодание климата. В результате этого значительно снизились урожаи, и большинство европейцев жило впроголодь (что подтверждают и археологические раскопки, показавшие, что многие жившие тогда люди были истощены и подвержены различным заболеваниям). Обстановку усугубляла начавшаяся в 1337 году Столетняя война. В таких условиях люди становились более восприимчивыми к инфекции, а низкая санитария и миграции населения способствовали быстрому распространению заболевания.

Анализ ДНК возбудителя "Черной смерти" и ее "родственных связей" с современными палочками чумы позволил построить "генеалогическое дерево" иерсиний. Бос и Краузе пришли к выводу, что древняя бактерия находится около самых корней этого дерева, то есть стала патогенной для людей незадолго до эпидемии XIV века. Следовательно, заключили они, "Юстинианова чума" VI века, не говоря уже о предполагаемых более ранних эпидемий, чумой быть не может.

Упомянутый выше ирландский эксперт Эктман с этим выводом в корне не согласен. По его словам, коллектив Краузе не принял во внимание несколько известных случаев чумы, которые продлевают генеалогическое дерево возбудителя значительно дальше в прошлое. Сам Краузе счел эти случаи недостаточно достоверными.

Одним из доводов, подтверждающих мнение Эктмана, может стать то, что, хотя структурные изменения генов иерсинии происходят крайне медленно, порядок их расположения в геноме меняется довольно быстро. По мнению ряда экспертов, этот порядок может существенно влиять на вирулентность бактерии и, следовательно, являться важным фактором ее эволюции. А поскольку Бос и Краузе собирали ДНК Y.pestis из небольших фрагментов, как раз этот фактор они учесть не могли.

Возможно, ответ на этот и многие другие вопросы найдется, когда возбудитель "Черной смерти" будет воссоздан по полученному геному – именно этим исследователи намерены заняться в дальнейшем. Хотя эта идея на первый взгляд кажется устрашающей, реальная опасность от нее крайне низка. Во-первых, все работы подобного рода проводятся только в учреждениях со всеми мыслимыми мерами биологической защиты, а во-вторых, древний возбудитель явно не имеет устойчивости к современным антибиотикам.

В заключение остается лишь добавить, что зубы, ставшие источником генетического материала, ученые дисциплинированно вернули на место.