Многие европейцы несут генетические мутации, которые защищали их предков от бубонной чумы. Ученые исследовали ДНК людей, живших столетия назад, извлекая генетический материал из человеческих останков, захороненных на трех лондонских кладбищах, сообщает «The New York Times».
Когда Черная смерть поразила Европу в 1348 году, бактериальная инфекция убила большие группы людей по всему континенту, вызвав самый сильный импульс естественного отбора, когда-либо измеренный у людей, показало новое исследование.
Оказывается, некоторые генетические варианты сделали людей гораздо более склонными к выживанию во время чумы. Но эта защита имела свою цену: люди, которые наследуют устойчивые к чуме мутации, подвергаются более высокому риску иммунных расстройств, таких как болезнь Крона.
«Это печальные побочные эффекты долгосрочного отбора для защиты», — сказал Хендрик Пойнар, генетик из Университета Макмастера в Канаде и автор нового исследования.
Бубонная чума вызывается Yersinia pestis, видом бактерий, распространяемых блохами. Хотя чума заражала людей в течение тысяч лет, она поразила средневековую Европу с сильной свирепостью, что заставило ученых задаться вопросом, изменила ли Черная смерть генетический состав Европы.
«Мы ожидаем увидеть серьезный сдвиг», - сказал доктор Пойнар.
Идея имеет основной эволюционный смысл: когда многие организмы вымирают, выжившие передают мутации, которые защищали их от смерти. Во время промышленной революции, например, перечная моль изменилась от светло-крапчатой окраски до темной. Этот сдвиг был вызван угольным дымом, который почернел на деревьях, где отдыхали мотыльки. Темные мотыльки лучше прятались от птиц и выживали, чтобы передать свои гены.
Когда наступила Черная смерть, не было эволюционных биологов, которые могли бы задокументировать ее влияние. В 1990-х годах некоторые ученые искали подсказки, изучая ДНК живых европейцев. Мутация в одном гене, называемом CCR5, присутствует у 10 процентов европейцев, но редко встречается среди других людей. В 1998 году исследователи предположили, что ген мог предложить защиту во время Черной смерти.
Но более поздние исследования показали, что невозможно исключить, что мутация CCR5 распространилась в ответ на другое заболевание в другое время в истории. «Это то, о чем говорят многие люди, но это очень трудно продемонстрировать», — сказал Луис Баррейро, популяционный генетик из Чикагского университета и автор нового исследования.
Вместо того, чтобы изучать живых людей, доктор Баррейро, доктор Пойнар и их коллеги исследовали ДНК людей, которые жили столетия назад, извлекая генетический материал из человеческих останков, похороненных на трех лондонских кладбищах. Они обнаружили фрагменты ДНК в 318 скелетах, которые жили между 1000 и 1500 годами. Среди останков были 42 жертвы Черной смерти.
Сравнивая кости до и после эпидемии чумы, ученые обнаружили поразительную разницу в ДНК: сотни мутаций в генах, участвующих в иммунитете, стали более распространенными после эпидемии.
Для еще одного теста ученые повторили свой эксперимент, на этот раз в Дании.
Они обнаружили ДНК в скелетах 198 датчан, которые жили между 850 и 1800 годами. Мутации в иммунных генах также быстро распространились в Дании после Черной смерти, обнаружили они. Когда ученые выстроили мутации из образцов Лондона и Дании, они обнаружили четыре, которые распространились в обеих популяциях. Эти четыре мутации так быстро распространились в Лондоне и Дании, что они, должно быть, обеспечили впечатляющую защиту от чумы.
Исследователи обнаружили, что, например, наличие двух защитных версий гена под названием ERAP2 на 40 процентов повышает вероятность того, что люди переживут Черную смерть — самое большое эволюционное преимущество, когда-либо обнаруженное у людей, сказал доктор Баррейро.
«Это на самом деле шокирует», — сказал Дэвид Энард, эволюционный биолог из Университета Аризоны, который не участвовал в новом исследовании.
ERAP2 производит белок, который участвует в иммунном ответе на вторгающиеся бактерии и вирусы. Когда иммунная клетка проглатывает патоген, она представляет белки от захватчика на своей поверхности. Они служат сигналом тревоги для остальной части иммунной системы. Работа ERAP2 заключается в том, чтобы отрезать кусочки чужеродных белков, чтобы подготовить их к их отображению.
Миллиарды людей имеют версию гена ERAP2 с мутацией, которая делает невозможным для клеток производить его белок. Но люди с этой версией гена не страдают от серьезного вреда. Скорее всего, это связано с тем, что у людей есть много других генов, которые помогают представлять чужеродные белки иммунной системе.
Во время Черной смерти доктор Баррейро и его коллеги обнаружили, что естественный отбор благоприятствовал рабочей версии ERAP2. Чтобы лучше понять, почему, они смешали бактерии Yersinia с иммунными клетками людей с обеими версиями гена.
Исследователи обнаружили, что две рабочие копии ERAP2 позволили иммунным клеткам уничтожить бактерии. Без него клетки проделали значительно худшую работу.
Доктор Баррейро и его коллеги продолжают изучать гены, которые эволюция благоприятствовала во время Черной смерти не только для того, чтобы понять эту главу в истории, но и для понимания самих генов. Тот факт, что они подверглись такому сильному естественному отбору, скорее всего, означает, что они важны в борьбе с болезнями — и, возможно, не только с чумой.
«Это было важно в прошлом, и, скорее всего, это будет важно сегодня», — сказал доктор Баррейро.