Неолитические скотоводы вместе с животными одомашнили сальмонеллу

Неолитическая революция — переход от охоты и собирательства к земледелию и скотоводству - сопровождалась радикальными изменениями в образе жизни людей. Некоторые изменения повлияли и на их здоровье: из-за тесных контактов с одомашненными животными их патогены начали вызывать заболевания человека. Сегодня появилась возможность восстановить историю этого явления путем анализа ДНК древних микроорганизмов. Авторы статьи, опубликованной в журнале Nature Ecology and Evolution, выяснили, как бактерия рода сальмонелл Salmonella enterica перешла от животных к человеку, связав это с появлением скотоводства в разных частях Европы.

Бактерия Salmonella enterica — возбудитель сальмонеллезов, инфекционных заболеваний нескольких видов млекопитающих, в том числе человека. Вид включает огромное количество (более 2500) разных сероваров — разновидностей, отличающихся составом поверхностных антигенов. Одни серовары вызывают желудочно-кишечные заболевания, другие, например S. enterica Paratyphi C, — системное инфекционное заболевание (паратиф С). По результатам предыдущих исследований можно предположить, что какое-то время назад возбудитель заболевания человека отделился от патогена домашних свиней. Ученые предположили, что эволюция генома сальмонеллы могла происходить под влиянием изменения культурно-хозяйственной практики в процессе неолитизации.

ДНК S. enterica обнаружили в составе метагеномов, извлеченных из зубной ткани останков восьми индивидов разных эпох — от начала неолитизации до средних веков. Самые древние останки (MUR009 и MUR019), возрастом 6500 лет, найденные в Поволжье, относятся к энеолиту, переходному периоду от охоты и собирательства к сельскому хозяйству. Останки возрастом 5500 лет на юге России (IV3002) и в Турции (IKI003), принадлежали скотоводам бронзового века. Останки индивидов эпохи неолита в Швейцарии (OBP001), бронзового века на Сардинии (SUA004), железного века в России (MK3001) и поздней Римской империи в Италии (ETR001), были ассоциированы с хозяйством агропасторального типа, в котором земледелие сочеталось со скотоводством. В анализ были включены и ранее найденные образцы сальмонелл из останков возрастом 450 лет (Мексика) и 800 лет (Норвегия).

Из множества бактериальных ридов ученые реконструировали восемь геномов, принадлежащих различным сероварам S. enterica, с покрытием от 0,7 до 24. Геномы древних бактерий анализировали в контексте генетического разнообразия современных S. enterica из базы EnteroBase. На построенном филогенетическом дереве все древние геномы оказались на одной ветви, которую авторы назвали Ancient Eurasian Super Branch (AESB). Она включала и современные разновидности сальмонелл, возбудителей заболеваний животных, и серовар S. enterica Paratyphi C, вызывающий паратиф у человека. Исследователи провели филогенетический анализ ветви AESB, включив в него 6 древних геномов (секвенированных с покрытием выше 5) и 460 современных геномов, при этом исследовали 37 тысяч SNP на геном.

Оказалось, что все геномы бактерий из останков земледельцев-скотоводов попали в один кластер с сероваром S. enterica Paratyphi C. Геномы более молодых бактерий (до 4000 лет назад) были ближе к S. enterica Paratyphi C, чем более древние геномы (5500 лет назад). Что касается сальмонелл самых древних индивидов (6500 лет назад) из переходного периода от охоты-собирательства к сельскому хозяйству, то они расположились на дереве довольно далеко от остальных.

Ученые сделали вывод, что древние бактерии S. enterica, исходно вызывающие заболевания домашних животных, с развитием скотоводства и земледелия приобрели адаптацию к новому хозяину — человеку. Возникновение специфичной для человека линии, по-видимому, произошло примерно 4000 лет назад. Исследователи показали, что процесс адаптации к новому виду хозяина сопровождается накоплением в бактериальном геноме псевдогенов. Они нашли 29 кандидатных генов, которые участвуют в процессе псевдогенизации. На первом месте в этом списке — ген phoN, связанный с белками, вызывающими иммунный ответ у человека и мышей.

Итак, исследование подтверждает гипотезу, что хозяйственно-культурные изменения, которые принесла неолитическая революция человеку, сопровождались появлением новых инфекционных заболеваний.