Черная смерть не так сильно повлияла на разнообразие геномов населения Кембриджа, как ожидалось

Масштабы воздействия пандемии чумы 1346–1353 гг. на население Европы известны из документальных источников, однако влияние Черной смерти на мобильность людей и генетическое разнообразие в местном масштабе еще недостаточно изучено. Исследование древней ДНК помогают прояснить эти вопросы. Генетические профили людей и геномы патогенов, связанные с определенным местом и временем, позволяют изучать миграцию населения, родственные связи между популяциями, инфекционные заболевания и естественный отбор у человека. В сочетании с историческим и археологическим контекстом такая информация дает более детальное представление о жизни в обществах прошлого. Команда ученых из Великобритании, Италии, Бельгии, США и Эстонии провела секвенирование 275 древних геномов людей из Кембриджшира похороненных до и после Черной смерти.

Кембридж в период позднего средневековья был торговым городом, где пересекались пути людей из всех слоев общества. Горожан чаще всего хоронили на одном из приходских кладбищ. В конце XII века был основан госпиталь Святого Иоанна Богослова для бедных, немощных и больных (о палеоантропологических исследованиях останков с кладбища при госпитале читайте на PCR.NEWS). В XIII веке в городе появляются университет и монастырь августинцев. Первая волна пандемии чумы достигла Кембриджа в 1349 году. Некоторые ее жертвы были найдены в массовом захоронении на улице Бенет возле церкви Св. Бенедикта.

Авторы решили проверить, будет ли заметно при исследовании генома давление отбора во время чумы (например, преимущественное выживание индивидов с теми или иными признаками) или воздействие на генетическое разнообразие массовых переселений людей. Они применили «подход целого города» (the whole town approach) — исследовали сотни скелетных останков из захоронений для людей разного социального происхождения, умерших от различных причин — с городских кладбищ Всех Святых и госпиталя Св. Иоанна, кладбища монастыря августинцев, чумного захоронения на улице Бенет, а также с сельских кладбищ Черри Хинтон и Клоптон.

Всего ученые выделили ДНК из 250 образцов позднего средневековья (1000–1550 CE) и 25 постсредневековых (1550–1855) и провели шотган-секвенирование. Из этих людей 128 были похоронены до чумы, 94 — точно позднее. Среднее покрытие генома было довольно низким — 0,228×, и 190 геномов с покрытием более 0,01× были использованы для углубленного анализа. На сегодня эти данные представляют собой самую обширную биоархеологическую выборку в определенном временном и географическом диапазоне. Также в исследование были включены опубликованные данные по геномам позднего железного века/римского периода (100 г. до н.э. — 400 г. н.э.) и раннесаксонского времени (400–700 н.э.) из Кембриджшира и других мест Англии.

Изучив частоты гаплогрупп митохондриальной ДНК (мтДНК), исследователи убедились, что они не изменились со времен неолита. Геномы 109 человек из позднесредневекового Кембриджшира с покрытием более 0, 1×, как показал метод главных компонент (PCA), разделяют аутосомное происхождение с современными популяциями Северной и Западной Европы; признаков миграции из более отдаленных регионов нет. Наиболее поздние средневековые геномы, но не образцы римского и раннесаксонского периодов, кластеризовались с современными английскими геномами из базы UK Biobank. Отдельные индивиды из Черри Хинтон и госпиталя Св. Иоанна, как и большинство людей раннесаксонского периода, были генетически близкими к современному населению Нидерландов и Дании. Двое из них, по соотношению изотопов стронция в зубной эмали, провели детство не в том регионе, где были похоронены.

Авторы проанализировали изменения частоты 113 фенотипически информативных однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Из 74 SNP, связанных со здоровьем и питанием, только для двух частота встречаемости значимо отличалась у средневековых и постсредневековых образцов. Один (rs6822844) идентифицирован как фактор риска аутоиммунных заболеваний, включая целиакию, ревматоидный артрит и диабет 1 типа, а другой (rs1891467) был связан с саркоидозом. Частоты аллелей для 39 SNP, влияющих на цвет глаз, волос и кожи, во время позднего средневековья, не продемонстрировали значимых изменений.

Ранее в других исследованиях (например, популяции норвежского города Тронхейма) было показано, что чума могла снизить генетическое разнообразие населения за счет высокой смертности и сокращения иммиграции из отдаленных мест. В этом исследовании не удалось обнаружить признаков изменений в темпах миграции.

Авторы также оценили гетерозиготность и различия нуклеотидов, как по всему геному, так и в локусе человеческого лейкоцитарного антигена (HLA). Эти характеристики чувствительны к таким демографическим событиям, как прохождение популяции через бутылочное горлышко или появлению примеси. Высокая смертность во время пандемии могла быть обнаружена по уменьшению разнообразия во всех локусах; изменения в регионе HLA говорят о возможном действии отбора на признаки, связанные с иммунитетом. Однако выделенные учеными когорты «до» и «после» Черной смерти не продемонстрировали отличия от среднего значения ни в частоте аллелей в пределах области HLA, ни в плотности гетерозиготных участков.

Наконец, ученые проанализировали 70 геномов из когорт «до» и «после» Черной смерти на предмет изменений частоты аллелей в 25 вариантах, ранее идентифицированных как потенциальные мишени отбора при воздействии вирусных и бактериальных патогенов. Четыре из этих вариантов были ассоциированы с повышенной вероятностью пережить инфекцию Yersinia pestis, но в этом исследовании ассоциация не подтвердилась. Авторы обнаружили только одно значимое различие (rs42490 в гене RIPK2). Частота аллеля RIPK2, связанного с защитой от проказы, увеличивалась в когорте после Черной смерти. Однако этот результат перестал быть значимым после дальнейших расчетов с применением поправок. Учитывая ограниченный размер выборки, этот результат требует дополнительной проверки.

Таким образом, ученые не обнаружили изменений в геномах населения Кембриджшира до и после Черной смерти, которые могли бы указать на увеличение мобильности населения, вызванное нехваткой рабочей силы или другими причинами. Также они не нашли и значимых признаков действия отбора в областях генома, связанных со здоровьем и иммунитетом. Авторы отмечают, что хотя невысокое покрытие могло помешать им идентифицировать отдельные локусы, использованный ими подход «в принципе должен быть способен обнаружить отбор во многих вариантах, влияющих на признак».

Пандемия чумы сделала нас более чувствительными к аутоиммунным заболеваниям