Як бубонна чума змінила імунну систему людини

Бубонна чума все ще трапляється в окремих місцях Землі, але завдяки сучасним антибіотикам її набагато легше лікувати, ніж у минулому. Проте хвороба залишила свій відбиток на людстві.

Під мікроскопом Yersinia pestis не виглядає особливою.

Вона має стандартну для бактерії форму – відносно нерухома коротка паличка з округлими кінцями. Але вона відповідальна за хворобу, яка колись знищила третину населення Європи та спричинила мільйони смертей у всьому світі.

Сама згадка слова "бубонна чума" навіть сьогодні викликає й страх, і водночас захоплення. Тепер ця хвороба - надзвичайно рідкісна, як у США, так і в Європі, насамперед завдяки гігієні, яка не дає їй швидко поширитися на людей від інфікованих бліх.

Навіть якщо це трапляється, її відносно легко можна вилікувати антибіотиками, що рятує життя. Але випадки все ж трапляються.

Нещодавно чоловік в Орегоні у США заразився чумою від свого домашнього кота. Для еволюційного генетика Пола Нормана в Університеті Колорадо це не є великим сюрпризом.

"У США все ще є невеликі вогнища чуми", — каже він. Хвороба досі циркулює серед диких тварин, як-от білки та лучні собачки.

У середньому щороку в США реєструють близько семи випадків чуми серед людей, хоча летальні випадки набагато рідше. Їх було лише 14 за останні два десятиліття. В інших частинах світу, наприклад, на Мадагаскарі, це захворювання є більш поширеним.

Утім, попри те, що бубонна чума трапляється рідко у порівнянні з минулим, вона залишила свій слід на людстві, і її все ще можна знайти в геномах людей, які живуть сьогодні.

Вважають, що чума переслідувала людство протягом тисячоліть. Сліди ДНК її бактерій виявляли у скелетах, які датуються 4000 роками.

Але на початку 1300-х років у Європі вибухнув штам бактерії, відомий як Чорна смерть. Припускають, він виник у селах навколо Чуйської долини, на території сучасного Киргизстану, можливо, потрапивши через бліх від інфікованих бабаків до людей, а потім поширившись до Європи через Шовковий шлях.

До середини 1300-х років Чорна смерть убила близько 50 мільйонів європейців. Це підрахували за історичними записами і звітами.

Нещодавні дослідження сільськогосподарської діяльності за той час – яка впала від такої кількості смертей – показали, що жертви, можливо, не були такими драматичними скрізь. Деякі регіони хвороба практично спустошила, а інших - майже не торкнулася. Однак за століття чума, за оцінками, вбила принаймні 200 мільйонів людей.

Якщо спалахи чуми були такими катастрофічними, дослідники довго гадали, чи не залишили вони якийсь постійний відбиток на імунній системі людини.

Одна теорія навіть припускає, що Чорна смерть могла створити певну форму природного відбору. Ідея полягала в тому, що люди, які пережили хворобу, могли передати майбутнім поколінням генетичні особливості, які допомогли їм це зробити.

Але до недавнього часу зібрати будь-які дані, які б підтвердили цю теорію, не вдавалося. Секвенування ДНК зі скелетів давніх жертв чуми, які виявили у місцях масових поховань, є непростим завданням, тому що вченим часто доводиться працювати з найдрібнішими фрагментами ДНК, багато з яких сильно забруднені.

"Часто ці фрагменти ДНК походять із ґрунту або бактерій, які проникли в скелет людини після смерті", - каже шведський генетик Понтус Скогланд, який очолює лабораторію стародавньої геноміки в лондонському Інституті Френсіса Кріка.

Однак експерти виявили одну частину скелета, де збереглася цілісна ДНК людини.

Це кістковий лабіринт, розташований у внутрішньому вусі, який є однією з найщільніших частин людського тіла.

"Це найкраще місце для вилучення ДНК, - каже Норман. - Крихітна кістка, захищена черепом. Щоб отримати її, доводиться посвердлити череп, перепрошую за моторошні подробиці. Але кістки ніг, на відміну від неї, пористі, і бактерії проникають туди набагато легше".

За останні три роки це відкриття допомогло отримати нове розуміння того, хто і чому вижив під час минулих епідемій чуми.

Генетична лотерея

Система людського лейкоцитарного антигену (HLA) складається з групи генів, які відіграють важливу роль у координації імунної відповіді.

Нещодавнє дослідження показало, що деякі люди, у яких не було симптомів Covid-19, витягли щасливий білет у генетичній лотереї - вони мали певні варіанти HLA, які діяли як форма природного захисту від вірусу.

"Гени HLA ідентифікують чужорідне вторгнення в організм, вони направляють імунну систему на пошук клітин, інфікованих патогенними білками, і знищення їх", - каже Норман.

"Відносно рідкісні варіанти цих генів можуть допомогти деяким людям пережити пандемію. Якби смертність від Covid була набагато вищою, популяція людей мала б набагато більшу частотність цих варіантів".

У 2021 році Норман і його колеги продемонстрували, що варіанти HLA, ймовірно, зіграли певну роль у визначенні тих, хто вижив під час спалахів чуми в середньовіччі.

Дослідники вивчили поховання жертв чуми XVI століття в німецькому місті Ельванген і секвенували геноми 36 скелетів.

Коли вони порівняли їх із ДНК людей, які живуть сьогодні в Ельвангені, вони виявили, що жителі міста XXI століття мали невеликі відмінності в різних генах HLA, що, ймовірно, зробило їхніх предків більш стійкими до бактерії Yersinia pestis.

Два роки тому міжнародна група дослідників намагалася зʼясувати, як Чорна смерть могла вплинути на імунітет людини. Вчені зібрали генетичні зразки зі скелетів приблизно 500 людей на кладовищах у Лондоні та по всій Данії, які померли до, під час і після пандемії XIV століття.

Зокрема, вони звертали увагу на геном під назвою ERAP2, який кодує білок, що допомагає імунним клітинам людини боротися з Yersinia pestis та іншими патогенами. Але один варіант ERAP2 виробляє більш обмежену форму білка, тоді як інший дає повнорозмірний білок.

Дослідження показало, що середньовічні лондонці та данці з ERAP2 мали вдвічі більше шансів пережити Чорну смерть. Дослідники виявили, що вже до кінця XIV століття 50% лондонців і 70% данців були носіями цього варіанту.

Однак нам потрібно дізнатися ще дещо. Скогланд каже, що дослідникам необхідно вивчити ще тисячі геномів людей, які жили по всій Європі під час Чорної смерті та протягом наступних століть, щоб зʼясувати, чи такі адаптації, як варіант ERAP2, стали дійсно поширеними та інтегрувалися у нашу ДНК.

Скогланда також цікавить питання, чи такі хвороби, як натуральна віспа, яка була навіть більш стійкою та заразною, ніж чума, і вбила сотні мільйонів людей, могли більше вплинути на імунну систему сучасних людей.

Але чума все одно викликає певне захоплення, і ми можемо отримати цінну інформацію, вивчаючи, як вона вплинула на наших далеких предків.

Скогланд вказує на дослідження жертв чуми, яких виявили у Великій Британії і вік яких налічує 4000 років, коли Yersinia pestis ще не розвинула здатність поширюватися через бліх.

"Ми бачимо у ДНК, що бактеріям бракувало генетичного фактора, який уможливив цю передачу через бліх", - каже науковець.

"Але коли така здатність зʼявилась, це мало різкий вплив на здоров’я людини".

Але ми також можемо дізнатися, як еволюція вирішувала проблеми в минулому, як вона придумала біологічні механізми для боротьби з цими хворобами тисячі років тому, пояснює Скогланд.

Це життєво важливі знання, адже вони допомагають нам розробляти вакцини і ліки сьогодні.