4000-летний овечий зуб проливает свет на загадочную евразийскую чуму

Фото из открытых источников

Около 5000 лет назад загадочная форма чумы распространилась по всей Евразии, исчезнув лишь 2000 лет спустя. Эта загадочная линия «чумы LNBA», известная только по древней ДНК, оставила учёных в недоумении относительно её вероятного зоонозного происхождения и путей передачи.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, эта древняя чума впервые обнаружена у животного — 4000-летней домашней овцы, раскопанной на скотоводческом поселении Аркаим в западно-евразийской степи.

Различные данные свидетельствуют о том, что заражение чумой как людей, так и овец происходит в результате распространения до сих пор неизвестного дикого резервуара, и что широкое распространение выпаса овец в бронзовом веке привело к более тесному контакту степных скотоводческих общин с этим резервуаром.

Это исследование раскрывает связь между домашними животными и распространением одной из самых печально известных бактерий в мире, давая представление о том, как этому патогену удавалось столь успешно заражать людей на расстоянии тысяч километров в течение тысяч лет.

Большинство известных сегодня патогенов человека имеют зоонозное происхождение, то есть они перешли от животных к человеку — процесс, известный как переток.

Все больше данных свидетельствуют о том, что многие из вызываемых ими инфекционных заболеваний появились в течение последних 10 000 лет, что совпадает с периодом одомашнивания скота и домашних животных и указывает на наши все более тесные отношения с этими животными как источником этих заболеваний у людей.

Изучение патогенов древних животных с использованием методов древней ДНК дает уникальную возможность исследовать возникновение инфекционных заболеваний человека, однако на сегодняшний день эта тема остается во многом неизученной.

Чума — одно из самых смертоносных известных зоонозных заболеваний. Распространяемая блохами, живущими на крысах, она унесла жизни миллионов людей на протяжении всей истории, особенно во время Чёрной смерти в XIV веке, унесшей жизни более трети населения Европы. Однако до крупных исторических пандемий генетически отличная, доисторическая форма чумы циркулировала по всей Евразии, начиная с 5000 лет назад.

Известная сегодня как линия позднего неолитического бронзового века (LNBA), она заражала человечество почти 3000 лет, прежде чем исчезла, предположительно вымерев. Удивительно, но у линии LNBA отсутствует ключевой генетический набор для передачи блохами как исторических, так и современных штаммов чумы, что делает её способ передачи загадочным. В её распространении, вероятно, участвовали и другие животные, но какие?

«Один из первых шагов в понимании того, как распространяется и развивается болезнь, — это выяснить, где она скрывается, но в области древней ДНК мы пока этого не делали», — говорит ведущий автор исследования Ян Лайт-Мака, занимающийся долгосрочной эволюцией патогенов. «У нас есть более 200 геномов Y. pestis, полученных от древних людей, но люди не являются естественными носителями чумы», — говорит Лайт-Мака.

Чтобы попытаться разгадать загадку того, как инфекция сохранялась и распространялась на протяжении тысяч лет в Евразии, международная группа исследователей из Института биологии инфекций Общества Макса Планка, Гарвардского университета, Университета Арканзаса, Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка и Сеульского национального университета исследовала кости и зубы домашнего скота бронзового века на скотоводческой стоянке Аркаим (Россия) — памятнике евразийской степи, принадлежащем к синташтинско-петровской культуре, известной своими нововведениями в разведении крупного рогатого скота, овец и лошадей.

Там они идентифицировали 4000-летнюю овцу, зараженную той же линией LNBA Y. pestis, которая в то время заражала людей.

«Аркаим был частью Синташтинского культурного комплекса и предоставил нам отличное место для поиска следов чумы: это были ранние скотоводческие общины, не имевшие хранилищ зерна, которые могли бы привлечь крыс и их блох, а у более ранних жителей Синташты были обнаружены случаи заражения Y. pestis. Может ли их скот быть недостающим звеном?» — говорит соавтор исследования Тейлор Хермес из Университета Арканзаса.

Сравнение древнего генома Y. pestis овцы с другими древними и современными геномами показало, что геном овечьей Y. pestis очень близко соответствует геному, которым заразился человек в соседнем месте примерно в то же время.

«Если бы мы не знали, что это овца, все бы решили, что это просто еще одна человеческая инфекция — ее практически невозможно отличить», — говорит Кристина Уориннер, профессор научной археологии имени Лэндона Т. Клея в Гарвардском университете и руководитель группы MPI-EVA.

Это показывает, что и люди, и их животные были инфицированы одной и той же популяцией Y. pestis, но кто кого заражал? Археологические и сравнительные подходы могут дать некоторые ответы. В тех частях мира, где Y. pestis всё ещё эндемичен, известно, что овцы могут заразиться при прямом контакте с тушами инфицированных животных, таких как грызуны, являющихся естественным резервуаром возбудителя, и это может спровоцировать локальные вспышки чумы среди людей, если овцы не были должным образом забиты или приготовлены.

Подобный сценарий мог также способствовать распространению чумы LNBA в доисторические времена, связывая заражение людей и овец.

«Синташтинско-петровская культура славится своим экстенсивным выпасом скота на обширных пастбищах, чему способствовали инновационные технологии разведения лошадей, что создавало множество возможностей для скота контактировать с дикими животными, заражёнными Y. pestis», — говорит Кристина Уориннер. «Отсюда всего один шаг до человека».

Анализ нового генома овечьего Y. pestis с использованием имеющихся геномов человека позволил точнее реконструировать эволюционную динамику этой древней, предположительно вымершей, линии возбудителя чумы. В отличие от известных сегодня линий Y. pestis, которые географически изменчивы и отличаются друг от друга, древняя линия LNBA была весьма схожа на протяжении всего своего ареала протяженностью почти 6000 километров в любой момент времени.

Различия в жизненном цикле и, возможно, естественный отбор могли сыграть свою роль, поскольку у многих известных патогенов, таких как SARS-CoV-2, вызывающий COVID-19, могут появляться новые варианты и получать широкое распространение, если они более эффективно заражают и передают заболевание.

Однако вместо обнаружения подобных вариантов исследование неожиданно обнаружило противоположное: древняя линия эволюционировала в условиях жёстких ограничений. Примечательно, что подгруппа генов мутировала многократно и независимо, но эти параллельные изменения наблюдались только для инфекций, не имеющих прямых потомков, что, возможно, является своего рода генетическим следом прошлых перетоков.

«Мы можем показать, что древняя линия эволюционировала под повышенным давлением, в отличие от Y. pestis, всё ещё встречающегося сегодня. Более того, древние инфекции у овец и людей, вероятно, представляют собой изолированные перетоки из неизвестного резервуара, который остаётся широко распространённым. Следующим шагом станет обнаружение этого резервуара», — говорит Феликс М. Ки, старший автор и руководитель Лаборатории эволюционной патогенемики в MPIIB.

Несмотря на эти новые данные, важные вопросы всё ещё остаются нерешёнными, например, как патоген распространился так широко и широко за короткие периоды времени. Овцы и люди вряд ли были основными распространителями заболевания, поскольку существуют примеры практически идентичных LNBA-геномов Y. pestis, обнаруженных в одно и то же время, но на расстоянии тысяч километров друг от друга, что слишком далеко для распространения заболевших людей или наземных животных.

К счастью, поиск патогенов в останках древних животных только начинается: археологические раскопки могут дать десятки тысяч костей животных, а результаты прошлых раскопок ждут своего часа в хранилищах для дальнейшего изучения.

«Я думаю, — говорит Кей, — интерес к анализу этих коллекций будет расти — они дают нам информацию, которую не может дать ни один человеческий образец».