Недавняя публикация в журнале Nature открыла новую страницу эволюционной истории «черной смерти» — точнее, людей, ее переживших. Генетические исследования подтвердили, что чума оставила след в генах людей, сделав нас более устойчивыми к заражению ей самой, но более склонными к аутоиммунным заболеваниям.
«Элементы» неоднократно рассказывали об эволюционной истории чумы, и, в частности, «черной смерти» — самой опустошительной пандемии этого заболевания, зафиксированной в исторических источниках. Останки погибших от чумы позволили проследить, как на протяжении тысячелетий чумная палочка становилась все опаснее, приобретая новые гены вирулентности (Бубонная чума была уже 3800 лет назад, «Элементы», 15.08.2018). Как незадолго до «черной смерти» в Европе впервые «отметилась» на территории современного Кыргызстана (вызвав там не меньшую по масштабам катастрофу; см. История «черной смерти» прослеживается до окрестностей Иссык-Куля, «Элементы», 01.09.2022).
Люди тех времен, очевидно, тоже должны были эволюционировать вместе с чумой — ее колоссальная смертность должна была стать мощнейшим фактором отбора. Но экспериментальных данных на этот счет до недавнего времени было очень мало. С момента прихода «черной смерти» прошло несколько веков. За это время Европу посещали другие эпидемии и пандемии — оспа, холера, грипп. Любые генные изменения, произошедшие в европейской популяции под влиянием чумы, маскируются аналогичными изменениями изменений из-за холеры или лепры. Поэтому анализировать ДНК ныне живущих людей и сравнивать ее с ДНК людей, живших до прихода «черной смерти», бессмысленно. Следы чумы в генах заметны не будут.
Заметить что-то можно лишь тогда, когда на одной территории живут две этнические группы, сильно различающиеся генетически — и обе когда-то столкнулись с чумой. Так «повезло» румынским ученым — в Румынии, помимо этнических румын, проживает довольно много цыган. К тому же для цыган можно подобрать «контрольную группу» — население Северной Индии, откуда цыгане вышли более тысячи лет назад. Благодаря этому появилась возможность отследить конвергентные генетические изменения — то есть изменения распространенности вариантов генов, происходившие независимо у цыган и этнических румын. Результаты такого исследования были опубликованы еще в 2014 году в журнале PNAS (H. Laayuoni et al., 2014. Convergent evolution in European and Rroma populations reveals pressure exerted by plague on Toll-like receptors).
Оказалось, что у обеих групп изменились частоты вариантов генов толл-подобных рецепторов TLR1, TLR6 и TLR10. Эти рецепторы располагаются на поверхности иммунных клеток и распознают консервативные молекулы чумной палочки, даже если организм ранее с ней не сталкивался. Тем самым они позволяют иммунной системе вовремя «поднять тревогу» при встрече с патогеном и дать ему отпор раньше, чем он убьет хозяина. Очевидно, среди румынских цыган и предков современных румын выжили те, кто имел более эффективные толл-подобные рецепторы. Это было первое полногеномное исследование, которое установило факт естественного отбора генов иммунной защиты под влиянием чумы.
Но такой дизайн исследования — явно не панацея. Далеко не все современные страны Европы и Азии этнически настолько неоднородны. Если говорить о Западной и Центральной Европе, где «черная смерть» лучше зафиксирована в исторических источниках, то их население было генетически весьма однородно — и в Средние века, и сейчас. Так что необходимы генетические данные людей, живших незадолго до чумы и сразу после нее, — тогда мы увидели бы эффект, который не успел стереться.
Проблема была только в том, что до недавнего времени не было доступно достаточное количество биоматериала от таких людей — проще говоря, эксгумированных останков из захоронений, датируемых временем до прихода «черной смерти» и временем сразу после. Этот материал стал доступен в необходимом количестве лишь недавно.
Образцы, пригодные для извлечения ДНК и имеющие точную радиоуглеродную датировку, были найдены в Лондоне на Ист-Смитфилдском кладбище (East Smithfield cemetery). Это массовое захоронение образовалось как раз в начале пандемии чумы (начиная с 1348 года), причем останки людей располагаются там в несколько «этажей» — более поздние останки захоранивались прямо над предыдущими. Захоронения подобного качества были найдены еще в нескольких местах Лондона и в Дании. Таким образом, в распоряжении исследователей были географически разнесенные кластеры массовых захоронений со стратификацией «сразу до» и «сразу после» (рис. 2).
Исследователи искали мутации не по всему геному (это затруднительно в останках XIV века), а только в генах, связанных с иммунной защитой. То есть поиск был в некоторой степени прицельным, хотя и очень широким. Подсчитывая распространенность аллелей генов среди умерших и выживших, а затем подвергая ее дальнейшему анализу, ученые пытались идентифицировать гены, которые повышали вероятность выжить в эпидемию «черной смерти» и могли быть поддержаны естественным отбором.
В итоге выявилось четыре варианта-«победителя»: их частоты «подскочили» после чумы как в лондонской, так и в датской выборке, а сам «подскок» был выраженным. Это аллели генов TICAM2, ERAP2, CTLA4 и NFATC1 (рис. 3). Белки, кодируемые ими, так или иначе участвуют в распознавании бактерии макрофагами, ее «представлении» T-лимфоцитам и запуске иммунного ответа на нее (рис. 4). Особенно мощное влияние «черная смерть» оказала на распространенность «защитного» варианта гена ERAP2 — по подсчетам авторов статьи, он повышал вероятность выжить почти вдвое! Это поистине ген устойчивости к чуме.
Эти данные показывают, что «черная смерть» стала временем быстрой эволюции человека в сторону большей устойчивости к чуме. В популярном синопсисе в Nature это событие сравнивают с быстрой эволюцией окраски березовой пяденицы (Biston betularia) в годы промышленного переворота. В другом синопсисе — в Science — обсуждают причины меньшей опасности чумы в наше время, нежели в XIV веке. Соруководитель проекта, датский эволюционный биолог Том Гилберт, замечает: «Мы предполагали, что чума ушла, потому что мы усвоили важность поддержания чистоты в жилище и недопуска в него крыс. Но разве не было бы здорово, если она ушла из-за приобретения нами иммунитета к ней, а не только из-за улучшения гигиены?»
Но этот иммунитет имеет и обратную сторону — по всей видимости, те же варианты генов, которые защищали наших предков от чумы, делают нашу иммунную систему гиперреактивной, увеличивая риск аутоиммунных заболеваний — таких как болезнь Крона, системная красная волчанка и ревматоидный артрит. Это могло бы объяснить, почему они встречаются среди современных людей настолько часто. Так что, по всей видимости, «черная смерть» так и не оставила нас в покое и продолжает временами терзать в другом, аутоиммунном, обличье. Через века и через наши гены.
Автор благодарит иммунолога, кандидата биологических наук Светлану Бозрову за консультации в процессе подготовки статьи.
Источники:
1) Jennifer Klunk et al. Evolution of immune genes is associated with the Black Death // Nature. 2022. DOI: 10.1038/s41586-022-05349-x.
2) David Enard. Ancient DNA reveals rapid natural selection during the Black Death // Nature. 2022.
3) Ann Gibbons. How the Black Death changed our immune systems // Science. 2022.
Георгий Куракин
Свежие комментарии