Возбудитель чумы может становиться менее смертоносным, но более трансмиссивным

Возбудитель чумы, бактерия Yersinia pestis, стала причиной Черной смерти — пандемии, начавшейся в XIV веке и убившей до 50 миллионов человек, а также Юстиниановой чумы VI века. Сегодня природные очаги чумы сохраняются в Азии, Африке и Америке; Y. pestis обычно передаются людям через инфицированных блох, переносимых крысами или другими грызунами. Современное распространение чумы называют третьей пандемией, и она еще далеко не побеждена. (Подробнее об истории чумы читайте в статье «Восемь патогенов, чью эволюционную историю помогла изучить древняя ДНК»).

Новое исследование под руководством ученых из Университета Макмастера (Канада) и Института Пастера (Франция) продемонстрировало, что небольшое генетическое изменение делает Y. pestis менее смертоносной, но, возможно, более заразной. Это, в свою очередь,способствует более широкому распространению заболевания в небольших популяциях. Их статья опубликована в Science.

Ранее было показано, что в XVII веке (через несколько столетий после начала Черной смерти) некоторые штаммы Y. pestis имели сниженное количество копий гена pla. Он кодирует протеазу — активатор плазминогена, облегчающую проникновение бактерии в ткани, и является фактором вирулентности. Особенно важную роль он играет в развитии бубонной и легочной форм чумы.Но причины снижения копийности гена не были установлены. Чтобы понять, как это могло повлиять на свойства патогена, исследователи заражали мышей современными штаммами Y. pestis, которые имели нормальное или сниженное количество копий pla либо вообще не экспрессировали его из-за мутации.

Когда бактерии вводили под кожу для имитации бубонной формы чумы, поражающей лимфатические узлы, мыши, инфицированные штаммом с пониженным количеством pla, прожили почти на два дня дольше, чем мыши, инфицированные штаммом дикого типа. Смертность в этой группе снизилась до 85% (при заражении штаммом с обычным количеством копий pla она составляет 100%). А штамм с полностью инактивированным геном при такой форме введения оставил в живых большинство мышей. Однако когда животных инфицировали внутривенно или интраназально для имитации инфекций, связанных с кровью или легкими (септической или легочной чумы), штамм с пониженным pla был таким же смертоносным, как и неизмененный. Иначе говоря, если снижение копийности является адаптацией, оно в первую очередь влияет на картину заболевания при переносе блохами.

Команда также изучила ранее опубликованные геномы древних и современных штаммов Y. pestis, чтобы выяснить, когда начало снижаться количество копий pla и насколько распространенным оно было. Признаки снижения присутствовали в 30–50% штаммов первой и второй пандемии, а также в трех современных штаммах, выделенных от человека и крыс во Вьетнаме. Сокращение числа копий было вызвано делецией участка ДНК, содержащего ген pla, из многокопийной плазмиды, и интеграцией его в однокопийную плазмиду или (в случае древних штаммов) в хромосому. Очевидно, снижение копийности в истории чумы имело место неоднократно.

Согласно гипотезе авторов исследования, уменьшение количества копий pla происходило из-за того, что повторные вспышки чумы вызывали массовую смертность грызунов и снижали плотность их популяций. Увеличение времени до смерти, на протяжении которого животное остается заразным, давало им больше времени для перемещения между фрагментированными популяциями, повышало количество контактов с другими животными и способствовало распространению инфекции.

«Наши результаты характеризуют случай, в котором вызывающий пандемию патоген независимо эволюционировал, чтобы вызвать то, что мы считаем немного более слабой формой заболевания», — сказала Равнит Сидху из Университета Макмастера в Гамильтоне (Канада), первый автор работы. Интересно, что значительное влияние на передачу патогена оказывает незначительное изменение — даже не полное исчезновение активности гена, а изменение дозы.

Сидху не решается экстраполировать результаты по Y. pestis на другие патогены, вызывающие пандемию, такие как коронавирус SARS-CoV-2. Вполне вероятно, что генетическое изменение было благоприятным только в конце вспышек, когда патогены, убивающие быстрее, не могли преуспеть, и в любом случае ситуацию с другими патогенами надо изучать отдельно.

Повторяющиеся вспышки зоонозной чумы говорят о том, что в природных резервуарах штаммы дикого типа имеют преимущество перед штаммами с пониженной копийностью pla. В то же время не исключено, что штаммы Y. pestis с пониженным количеством копий pla существуют в природных популяциях, но остаются незамеченными, отмечают авторы.

От блох зависит, вспыхнет ли чума среди грызунов