25 июня 2019, вторник, 01:14
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

История человечества и история туберкулеза

Mycobacterium tuberculosis
Mycobacterium tuberculosis
NIAID

Когда несколько биологических видов живут бок о бок и взаимодействуют, события в жизни одного вида неминуемо оказывают влияние на жизнь другого вида. Особенно это актуально для видов, состоящих в отношениях хищник-жертва или хозяин-паразит.

В журнале Nature Genetics недавно опубликована работа, посвященная эволюции возбудителя туберкулеза – Mycobacterium tuberculosis, и, в особенности, группы штаммов «Пекин». Оказалось, что в геномах микобактерий нашли отражение самые разные события: переход человечества к земледелию, промышленная революция XIX века в Европе, этнические конфликты в Китае и даже распад Советского Союза. Повышенный интерес к возбудителю туберкулеза легко объяснить. Он до сих пор становится причиной смерти примерно полутора миллионов людей ежегодно, и ситуация не улучшается: появляются и распространяются штаммы, устойчивые к антибиотикам.

Бактерии крайне редко прибегают к половому размножению и не умеют рекомбинировать как вирусы (когда два штамма одного вируса заражают одновременно одну и ту же клетку, на выходе может получиться вирус с любым сочетанием генов исходных вирусов). Поэтому у дочерней бактерии геном всегда будет идентичен геному родительской бактерии с точностью до мутаций. Мутации обычно происходят примерно с одинаковой частотой, хотя у человека эта своя, сравнительно низкая, частота, у бактерий – своя, более высокая, а у некоторых вирусов еще более высокая. Зная, чему равна эта частота, и подсчитав различия в геномах двух организмов, можно вычислить, когда жил их общий предок. Кроме того, если какая-то мутация возникнет у родительской бактерии, то она будет сохраняться и у дочерних бактерий на протяжении многих поколений. Кроме времени жизни общего предка по данным анализа целого генома можно оценить размер популяции в разное время.

Часто на этих принципах основываются антропологические исследования. В этих случаях используются митохондриальная ДНК и ДНК Y-хромосомы, потому что они не участвуют в свойственном половому процессу кроссинговере и передаются из поколения в поколение, изменяясь только в результате случайных мутаций.

Сейчас в биологии происходит настоящий бум чтения геномов – секвенирования. Скорость чтения нуклеиновых кислот растет, а цена уменьшается. Это значит, что в рамках одного и того же исследования теперь можно изучить больше образцов, результаты будут достовернее, а, кроме того, удастся заметить сравнительно редкие явления.

В описываемой работе авторы прочитали полностью геномы бактерий группы «Пекин», полученных от 110 пациентов, и еще около 5000 образцов были протипированы на предмет принадлежности к основным штаммам. Раньше таких масштабных исследований не проводилось. На основании прочитанных последовательностей были сделаны выводы о путях, времени и причинах распространения штаммов. Эти выводы отлично согласуются с данными из области истории.

Считается, что туберкулез появился около 40 тысяч лет назад. M. tuberculosis не очень долго может существовать в окружающей среде, особенно в теплом климате, поэтому поначалу она не представляла особой угрозы из-за низкой плотности населения.  Люди стали жить более кучно только с развитием земледелия, и тогда бактерия смогла свободно передаваться от человека к человеку. Для туберкулеза вероятность развития заболевания после встречи с бактерией, то есть того, что бактерия сможет размножаться и заражать новых людей, очень сильно зависит от общего состояния организма. Не слишком сытые, временами замерзшие и ослабленные другими инфекциями и паразитами древние люди оказались идеальными мишенями для бактерии. Современные исследования свидетельствуют в пользу того, что общий предок всех современных микобактерий жил 10 тысяч лет назад на территории Плодородного полумесяца. Плодородный полумесяц – это ближневосточный регион, получивший название за свою форму на карте, охватывающую нижнее течение Нила, восточное побережье Средиземного моря и междуречье Тигра и Евфрата. Именно там зародилось земледелие и скотоводство, возникли (чуть позже) первые города и государства.

Пекинская линия обособилась 6600 лет назад на северо-востоке Китая, и именно ее исследованию посвящена работа. Пекинская линия считается наиболее опасной, поскольку именно к ней относятся устойчивые к антибиотикам штаммы. Представители пекинской линии покидали Китай несколько раз. Во-первых, проникновение в Европу и на Ближний Восток осуществлялось по Великому шелковому пути. Массовое попадание штаммов «Пекин» на территорию Российской империи произошло после национальных восстаний: дунганского и пантайского – в цинском Китае во второй половине XIX века, когда китайские мусульмане вынуждены были эмигрировать, в частности, на территорию современных Киргизии, Казахстана и Узбекистана. В-третьих, распространению штаммов способствовало происходившее примерно тогда же расселение китайцев по островам в Тихом Океане и по тихоокеанскому побережью.

На основании геномных данных авторам работы удалось проследить изменения в численности популяции представителей группы штаммов «Пекин».

Первый скачок численности, который удалось зарегистрировать, произошел в первой половине XIX века и, вероятно, был связан с урбанизацией, происходившей в то время. Следующий резкий скачок произошел во время Первой мировой войны. Во-первых, мобильность людей в это время резко увеличилась, а военным приходилось жить довольно скученно и по-походному: есть из одной посуды, спать в одном помещении. Во-вторых, как упоминалось выше, истощенные люди в плохом физическом состоянии более восприимчивы к болезни, и у них быстрее развиваются более тяжелые и заразные формы. В-третьих, примерно в это время по Европе прокатилась эпидемия испанки – очень тяжелой разновидности гриппа, дополнительно ослаблявшей иммунитет заболевших. Кроме того, больные испанкой и раненые в сражениях попадали в гражданские больницы и военно-полевые госпитали, а даже при нынешнем уровне асептики и антисептики больницы продолжают и сегодня быть источниками опасных бактерий.

Затем после массового внедрения антибиотиков в середине 60-х численность популяции начала уменьшаться, но эта тенденция была переломлена обратно в сторону роста числа бактерий двумя событиями. Во-первых, началась эпидемия ВИЧ/СПИДа. Больной иммунодефицитом очень легко заражается туберкулезом и распространяет его. Во-вторых, после распада Советского Союза и открытия границ мир познакомился с киргизско-узбекскими штаммами. Знакомство оказалось очень интенсивным из-за проблем в медицинской и санитарно-эпидемиологической системах постсоветских государств. Именно отсюда по миру начали распространяться устойчивые к антибиотикам разновидности микобактерий.

Изменения в численности популяции представителей группы штаммов «Пекин» (Merker et al. 2015 Nature Genetics).

Люди и бактерии живут в очень тесном взаимодействии, но человек эволюционирует медленнее, чем бактерия, поэтому в геномах бактерий можно обнаружить записи о событиях человеческой истории, а в человеческом геноме о событиях бактериальной истории – сложнее. Возможно, их можно заметить, изучая распространенность  мутации CCR5-Δ32. Это мутация в гене, кодирующем один из рецепторов на поверхности T-лимфоцитов. Она попала в центр внимания из-за того, что гомозиготные носители этой мутации не могут заразиться ВИЧ. Хотя она негативно влияет на иммунитет, она оказалась довольно распространена. Среди населения северной Европы 10-14% имеют хотя бы одну мутантную копию гена CCR5, и от 1 до 5% – две мутантные копии. При этом носители мутантной разновидности отсутствуют среди коренного населения южной и западной Африки или Японии. На сегодняшний день выдвинуто две основных гипотезы, объясняющих такое положение дел. По одной, мутация защищала от чумы, по другой – от натуральной оспы, и за счет этого распространилась в местах, где свирепствовали эпидемии этих болезней.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.