Устойчивость к чуме имеет схожие механизмы у луговых собачек и у человека

Чума, вызываемая бактерией Yersinia pestis, попала в Северную Америку на заре XX века и быстро распространилась, поражая множество видов. Луговые собачки (род Cynomys) — крайне социальные животные, поэтому они оказались наиболее уязвимы. Чума способна уничтожить 95–100% их популяции всего за несколько недель, а после резкого сокращения численность восполняется за счет соседних популяций. При этом в регионах, где чума появилась раньше, смертность ниже, чем на территориях, куда она распространилась впоследствии. Статья в PNAS Nexus описывает генетические адаптации луговых собачек, связанные с устойчивостью к чуме.

В период эпизоотий 2006–2009 годов проводилось исследование популяций чернохвостых луговых собачек в округе Боулдер, Колорадо. В ходе этого исследования ученые впервые за семь лет наблюдений выявили семь животных, несущих антитела к Y. pestis. Шесть из них были повторно отловлены на следующий год после первичного отлова и все еще несли антитела к чумной палочке. Авторы заключили, что данные животные устойчивы к чуме, т.е. перенесли инфекцию и выжили.

Для выявления генетических адаптаций к чуме авторы вначале собрали референсный геном для исследуемого вида, а затем провели полногеномный поиск ассоциаций на образцах от 14 луговых собачек — семь выживших и семь погибших от чумы. Анализ с применением ряда моделей выявил 154 однонуклеотидных полиморфизма (SNP), значимо ассоциированных с выживаемостью во всех моделях, и 64, значимые в нескольких моделях. При дальнейшем анализе по выявленным SNP особи кластеризовались не по популяциям, а по статусу устойчивости к чуме (выжившие/погибшие).

Тест на действие отбора выявил 42 сайта на 14 скаффолдах, из которых шесть содержали ранее выявленные SNP. По совокупности этих данных авторы выделили 75 SNP-кандидатов на шести скаффолдах, которые обладали высокой значимостью во всех анализах или же были наиболее значимы в отдельных тестах. Для 41 из них выживаемость была ассоциирована с альтернативными аллелями.

Для 41 SNP ученые идентифицировали ген, в котором они находятся. Некоторые из них были связаны с иммунной системой (TNFSF8, ICOS) и ее регуляцией (PTGDR, CBX3), но не все. Авторы отдельно отмечают ген индуцируемого костимулятора T-лимфоцитов (ICOS). Этот ген повышает Т-клеточный ответ на антигены и ранее был связан с устойчивостью к чуме у людей во время пандемии «Черной смерти» в 1346–1353 годах.

Полученные результаты указывают на крайне быструю адаптацию луговых собачек к новому для них патогену — возбудителю чумы. Авторы отмечают, что степень различий между популяциями значительно меньше в выявленных локусах, чем в геноме в целом, что может свидетельствовать о более быстром распространении адаптивных генов. Описанные адаптации могут лечь в основу модели для изучения развития устойчивости природных популяций к патогенам.

Возбудитель чумы может становиться менее смертоносным, но более трансмиссивным