Секвенирован геном бледной трепонемы из доколумбовой Бразилии

Авторы статьи в Nature исследовали геномы Treponema pallidum, обнаруженные в костных останках людей возрастом около 2000 лет. Этот патоген оказался наиболее близким к современному подвиду Treponema pallidum endemicum

Три близкородственных подвида бледной трепонемы — T. pallidum pallidum (TPA), T. pallidum pertenue (TPE) и T. pallidum endemicum (TEN) — вызывают сифилис, фрамбезию и беджель соответственно. Их геномы различаются только на 0,03%. Беджель распространен в засушливых и жарких регионах (Средиземноморье, западная Азия, но также Африка и, как недавно выяснилось, Куба), а фрамбезия встречается во влажных и теплых тропиках (Африка, Южная Америка). Симптомы, которые могут развиться при отсутствии эффективного лечения, сходны для всех трепонематозов. Сифилис распространен достаточно широко, в том числе в странах с высоким уровнем дохода, а две другие формы затрагивают в основном развивающиеся страны и значительно хуже изучены. Однако некоторые данные указывают на то, что беджель ранее был более широко распространен.

Происхождение трепонемных заболеваний долгое время оставалось загадочным. Предполагалось, что внезапное начало первой эпидемии сифилиса в конце XV века в Европе могло быть вызвано прибытием патогена из Америки после экспедиций Колумба. Анализ древней ДНК выявил возбудителей различных трепанематозов, циркулирующих в Европе раннего Нового времени и в колониальной Мексике. Однако ни в Америке, ни в Старом Свете долгое время не удавалось обнаружить геномы трепонем, которые можно было бы надежно датировать как предшествовавшие первым трансатлантическим контактам.

В 2020 году международная группа ученых выделила и проанализировала бактериальную ДНК из останков девяти индивидов, которые жили в Северной и Центральной Европе и скончались, скорее всего, до путешествия Колумба (по данным радиоуглеродного анализа — не ранее середины XV века). И сам факт обнаружения, и высокое разнообразие обнаруженных геномов, говорящее о продолжительной эволюции, указывают на то, что европейскую эпидемию сифилиса 1495 года вызвал местный штамм бледной трепонемы, а не завезенный из Америки (подробнее на PCR.NEWS).

Теперь команда под руководством тех же исследователей проанализировала человеческие останки возрастом около 2000 лет из Бразилии и реконструировала четыре древних генома доисторической трепонемы, наиболее близкой к T. pallidum endemicum, вызывающей беджель. Удалось получить геномные данные с хорошим покрытием, которые использовали для уточнения результатов молекулярного датирования.

Ученые исследовали останки 99 индивидов из кургана из ракушек Жаботикабейра II у южного побережья Бразилии, в штате Санта-Катарина. Курган Жаботикабейра II размером 400 х 250 х 10 м — один из десятков курганов под названием самбаки, служивших местом погребения; в нем найдено более двухсот захоронений, содержащих останки 282 индивидов.

Ранее проведенный остеологический анализ останков выявил патологии, предположительно связанные с трепонемной инфекцией — периостит (24 случая), ремоделирование костей (4 случая) и пятна на черепе, напоминающие следы от моли (4 случая). Из 37 образцов, считавшихся предварительно положительными на ДНК трепонем после первоначального скрининга методом дробовика, 12 были получены от лиц с патологиями, а остальные — без них.

Для этих образцов ученые создали по три библиотеки и провели полногеномное обогащение. Впоследствии они объединили чтения, полученные из всех трех библиотек, для каждого образца. Из образцов от четырех человек были получены данные высокого качества, подходящие для дальнейшего анализа. Прочтения охватывали 9,2–99,4% референсного генома T. pallidum (штамм BosniaA) на уровне 1×, среднее покрытие составило от 2× до 33,6×. Подлинность древней ДНК ученые подтвердили исследованием дезаминирования оснований на концах прочтений. Также они датировали останки радиоуглеродным методом с поправкой на эффект морского резервуара, и их предполагаемый возраст составил от 1782 до 2295 лет.

Геномы из каждого образца реконструировали путем сопоставления их с тремя референсными штаммами подвидов T. pallidum: CDC2 для TPE, BosniaA для TEN и Nichols для TPA. Количество SNP в каждой последовательности и результаты филогенетического анализа показали принадлежность всех четырех образцов к T. pallidum endemicum (TEN).

Для одного образца (ZH1540) покрытие генома эталонного штамма BosniaA достигло 99,38%. Таким образом, авторы получили высококачественный геном T. pallidum возрастом как минимум 1782 лет — более чем на 1000 лет старше всех известных геномов. Вместе с ним в выборку для филогенетического анализа вошли 98 общедоступных геномов T. pallidum (8 TEN, 30 TPE и 60 TPA) из ранее опубликованных исследований, включая 8 древних геномов. Реконструированный геном ZH1540 по отношению к современной кладе TEN занял базальное положение, то есть ранее отделился от общего предка.

Наличие древнего генома T. pallidum с высоким качеством позволило ученым более точно, чем в предыдущих исследованиях, провести калибровку молекулярных часов и смоделировать эволюционную историю этого патогена. Средние времена расхождения разных линий оказались более ранними, чем в предыдущих работах: для TEN это 47 н. э.; для TPE — 835 н. э.; для TPA— 844 н. э. Общий предок T. pallidum также должен был циркулировать раньше, чем предполагалось (12 006–545 гг. до н. э.).

Итак, все три подвида бледной трепонемы разошлись друг с другом еще до путешествий Колумба. Возможно, трепонемные заболевания возникли в Евразии или Африке и попали в Америку вместе с первыми людьми, мигрировавшими туда около 15 тысяч лет назад. Или же в Америке трепонемы перешли к человеку от животного-хозяина, говорит Энн Стоун, археолог-генетик из Университета штата Аризона в Темпе, которая не участвовала в исследовании. Приматы и другие животные, до кроликов включительно, могут быть заражены T. pallidum, отмечает она; «возможно, есть резервуары, о которых нам следует подумать». 

Сифилис существовал в Европе до первой эпидемии, показал анализ ДНК

Генетическое разнообразие возбудителя сифилиса зависит от полового поведения людей