Как чума сыграла (и продолжает играть) важную роль в эволюции человека

Как показали анализы ДНК средневековых жертв чумы и их современников, которым посчастливилось выжить, страшная пандемия тех времен продолжает оказывать свое влияние на современного человека и по сей день.

Причем происходит это вовсе не потому, что возбудитель "Черной смерти" по-прежнему активен и представляет страшную угрозу. А из-за того, что смертельная эпидемия, жертвами которой стала по меньшей мере треть населения средневековой Европы, запустила в нашей иммунной системе процессы, которые продолжаются и через сотни лет.

Причем эти изменения в долгосрочной перспективе не всегда идут нам на пользу. Хотя эволюционно закрепившиеся в нас с тех пор гены и повышают сопротивляемость к заболеванию чумой, они же, как выяснили ученые, связаны с повышенным риском таких аутоиммунных заболеваний, как болезнь Крона или ревматоидный артрит.

Таким образом пандемии прошлого могут неожиданным образом сказаться на будущих поколениях.

Чума XIV века

Эпидемия чумы, пик которой пришелся на середину XIV века, по праву может считаться одним из самых мрачных эпизодов человеческой истории. "Черная смерть" унесла десятки, если не сотни миллионов жизней в Европе, Азии и Африке.

Вызывает чуму бактерия Yersinia pestis которая передавалась людям от блох, а разносчиками чумных блох считались крысы. Их и называли главными виновниками эпидемии, хотя на самом деле они лишь сыграли роль первичного средства доставки, а дальше болезнь начала прекрасно распространяться от человека к человеку без всякой помощи крыс. Лекарств от чумы тогда не знали, да и едва ли успели бы что-то сделать, поскольку от появления первых симптомов до смерти порой не проходило и суток.

Такие серьезные инфекционные заболевания, как чума, служат одним из сильнейших факторов влияния на естественный отбор, особенно у людей. К примеру серповидноклеточная анемия, (наследственная генетическая аномалия, при которой эритроциты имеют серповидную форму), расстройство само по себе весьма неприятное, в то же время предоставляет определенную защиту от еще более тяжелого заболевания - малярии.

То есть получается, что люди с серповидноклеточной анемией имеют больше шансов выжить при заражении малярией и завести собственных детей, которым по наследству достанется это генетическое расстройство, а вместе с ним - и лучшая защита от малярии. Таким образом со временем в районах, где часто бывают эпидемии малярии, будет повышенный уровень населения с этой аномалией ДНК.

В данном же случае международная команда исследователей во главе с генетиками Дженнифер Кланк из университета Макмастера в Канаде и Таурасом Вилгалисом из Чикагского университета (результаты их исследований опубликованы в журнале Nature), решили разобраться, как именно чума повлияла на геном человека.

"Когда случается пандемия такого масштаба, что гибнет от 30% до 50% населения, у людей непременно происходит отбор защитных аллелей (различных форм одного и того же гена). Поскольку люди, более восприимчивые к циркулирующему патогену, погибают, - поясняет коллега Кланк по Макмастеру, эволюционный генетик Хендрик Пойнар. - Ведь даже незначительное преимущество в данном случае может означать разницу между жизнью и смертью. И те из выживших, кто находится в детородном возрасте, передадут свои гены по наследству".

Поскольку эпидемия чумы была столь масштабной, что умерших приходилось хоронить в братских могилах (причем места этих захоронений хорошо известны), у ученых никогда не было недостатках в материалах для изучения останков. Исследователи сосредоточили свое внимание на столетнем промежутке, который захватывал отрезок время до эпидемии, включал всю ее активную фазу и еще некоторое время продолжался уже после ее окончания.

В общей сложности отобрано было сто образцов ДНК людей, скончавшихся в Лондоне и разных районах Дании. Их разделили на три группы: тех, кто умер еще до эпидемии (их останки покоились в одном из массовых захоронений Лондона), во время чумы и тех, кто эпидемию пережил и скончался позже, от других причин.

По словам генетика из Чикагского университета Луиса Баррейро, также принимавшего участие в проекте, образцы ДНК были не лучшего качества и сильно загрязнены включениями других фрагментов ДНК. Именно поэтому ученые сосредоточили внимание на небольших участках генома, выделив в общей сложности около 350 специфических генов, связь которых с иммунной системой была установлена ранее. Затем уже из них было выделено 350 вариаций, которые стали превалировать у жителей Лондона после эпидемии.

После окончательного сравнения геномов средневековых европейцев, ученые смогли выделить четыре связанных с чумой гена, отбор и закрепление которых в ДНК произошли со скоростью, не виданной в человеческой истории ни до, ни после эпидемии "черной смерти". Эти гены отвечали за производство белков, защищающих организм от вторжения патогенов, и люди, обладающие одним или более из этих генных вариантов, судя по всему, имели больше шансов пережить чуму.

Чтобы подтвердить свои догадки насчет средневековой ДНК, ученые вырастили в лабораторных условиях колонии человеческих клеток, представляющие собой разные генетические профили, а потом заразили их чумной бактерией Yersinia pestis.

Эксперимент подтвердил, что ранее выявленные гены вновь проявились в наиболее устойчивых к заболеванию колониях. В частности, из эксперимента следовало, что люди с двумя идентичными копиями гена ERAP2 при заражении чумой имели на 40-50% больше шансов выжить, чем те, у кого парная аллель была другой.

Время шло, эпидемии чумы случались еще не раз, но они постепенно слабели, а человечество двигалось вперед, не подозревая о том, что в его геноме сидит одновременно панацея от чумной бактерии и мина замедленного действия.

Дело в том, что некоторые из генных вариаций, спасавшие наших предков от чумы, сегодня связаны с повышенным риском аутоиммунных заболеваний. В средние века это был вопрос выживания, и наш геном расставил генные приоритеты "без всяких раздумий и консультаций с нами".

"Возможно, в годы чумной эпидемии этот риск [развития аутоиммунных заболеваний] не играл особой роли, - написал в комментариях к новому исследованию доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны Дэвид Энард, не принимавший участия в исследовании. - Неотложность решения проблемы выживания фактически сделала такую сделку неизбежной".

По его словам, подобного рода "сделки, на которые шел наш геном", скорее всего, проводились и в ходе других эпидемий, так что в геноме современного человека их отголоски еще стоит поискать.