Древняя болезнь может повысить устойчивость к бубонной чуме

Древняя болезнь может повысить устойчивость к бубонной чуме
Анимация, изображающая конкретные варианты генома, которые вызывают болезнь, называемую семейной средиземноморской лихорадкой (FMF), также может придать повышенную устойчивость чуме. Предоставлено: Эрнесто Дель Агила III, NHGRI.

Исследователи обнаружили, что средиземноморские популяции могут быть более подвержены самовоспалительным заболеваниям из-за эволюционного давления, чтобы выжить при бубонной чуме. Исследование, проведенное учеными из Национального института исследований генома человека (NHGRI), являющегося частью Национального института здравоохранения, определило, что определенные варианты генома, вызывающие заболевание, называемое семейной средиземноморской лихорадкой (FMF), могут также придавать повышенную сопротивляемость чуме. ,

Исследователи предполагают, что благодаря этому потенциальному преимуществу геномные варианты, вызывающие ФМФ, были положительно выбраны для популяций Средиземноморья на протяжении веков. Полученные результаты были опубликованы в журнале Nature Immunology.

На протяжении веков между людьми и микробными патогенами велась гонка биологических вооружений. Эта эволюционная битва происходит между иммунной системой человека и микроорганизмами, пытающимися проникнуть в наши тела. Микробы влияют на человеческий геном разными способами. Например, они могут влиять на некоторые из геномных вариаций, которые накапливаются в популяциях людей с течением времени.

«В эту эпоху новой пандемии понимание взаимодействия между микробами и людьми имеет решающее значение», — сказал доктор Дэн Кастнер, научный директор NHGRI и соавтор статьи. «Мы можем наблюдать эволюцию на наших глазах».

Одним из таких микробов является Yersinia pestis, бактериальный агент, ответственный за серию хорошо задокументированных эпидемий бубонной чумы, которые привели к более чем 50 миллионам смертей.

FMF, как и чума, является древней болезнью. Это наиболее распространенный периодический синдром лихорадки, и симптомы FMF включают рецидивирующую лихорадку, артрит, сыпь и воспаление тканей, которые выстилают сердце, легкие и органы брюшной полости. FMF также может привести к почечной недостаточности и смерти без лечения. Заболевание проявляется по всему средиземноморскому региону и в основном поражает турецкое, еврейское, армянское и арабское население.

Геномные варианты в гене MEFV вызывают FMF. MEFV кодирует белок под названием пирин. У здоровых людей пирин играет роль в воспалительной реакции организма. Пирин активируется при наличии иммунного ответа (например, в случае инфекции). Пирин усиливает воспаление и выработку молекул, связанных с воспалением.

Напротив, пациенты с FMF вырабатывают аномальный пирин из-за геномных вариантов (мутаций) в гене MEFV. Мутантный пирин не нуждается в инфекции или другом иммунном триггере для активации; скорее он способен непосредственно предрасполагать людей к, казалось бы, неспровоцированным эпизодам лихорадки и воспаления.

Мутации MEFV также имеют другие обычные свойства. Исследователи обнаружили, что люди, имеющие только одну копию геномного варианта MEFV, вызывающего FMF, не заболевают. Кроме того, до эффективного лечения у лиц с двумя копиями высокий уровень смертности к 40 годам, но обычно они живут достаточно долго, чтобы иметь детей.

Несмотря на более низкую выживаемость, почти 10% турок, евреев, арабов и армян имеют по крайней мере одну копию геномного варианта, вызывающего ФМФ. Если бы шанс был единственным фактором, этот процент был бы намного ниже.

Исследователи предположили, что этот более высокий процент был следствием позитивного естественного отбора, который является эволюционным процессом, который стимулирует увеличение определенных геномных вариантов и признаков, которые в некотором роде являются выгодными.

«Подобно тому, как серповидно-клеточный признак выбран положительно, потому что он защищает от малярии, мы предположили, что мутантный пирин в FMF может каким-то образом помогать средиземноморскому населению», — сказал Джей Джин Че, доктор философии, старший автор бумаги и штатный сотрудник отдела геномики метаболических, сердечно-сосудистых и воспалительных заболеваний NHGRI. «Мутантный пирин может защищать их от какой-либо смертельной инфекции».

Команда обратилась к Yersinia pestis, печально известной бактерии, вызывающей чуму, в качестве возможного кандидата для эволюционного отбора мутаций FMF в популяции Средиземноморья.

Оказывается, Yersinia pestis содержит особую молекулу, которая подавляет функцию пирина у здоровых людей. При этом возбудитель подавляет воспалительную реакцию организма на инфекцию. Таким образом, тело не может дать отпор.

«Воспаление — это процесс, при котором белые кровяные клетки защищают организм от инфекции. С точки зрения хозяина, воспаление помогает нам выжить. С точки зрения бактерий, воспаление — это то, что можно избежать любыми доступными средствами». сказал Даниэль Шрайнер, доктор философии, штатный сотрудник Центра исследований геномики и глобального здравоохранения при NHGRI.

Исследователи были поражены тем фактом, что Yersinia pestis влияет на тот самый белок, который мутирует в FMF. Они рассмотрели возможность того, что вызывающие FMF геномные варианты могут защитить людей от бубонной чумы, вызванной Yersinia pestis.

Идея о том, что эволюция подтолкнет одну болезнь в группе к борьбе с другой, может показаться нелогичной. Но это сводится к тому, что является наименее плохим вариантом.

Средний уровень смертности людей с бубонной чумой в течение столетий достигал 66%, в то время как даже при частоте несущей 10% менее 1% населения имеет FMF. Теоретически, эволюционные шансы в пользу последних.

Но сначала команда должна была проверить, действительно ли два геномных варианта, вызывающих FMF, прошли положительный отбор в средиземноморских популяциях.

Для этого они провели генетический анализ большой группы из 2313 турецких особей. Они также исследовали геномы из 352 древних археологических образцов, в том числе 261 до христианской эры. Исследователи проверили наличие двух геномных вариантов, вызывающих ФМФ, в обеих группах образцов. Они также использовали принципы популяционной генетики и математическое моделирование, чтобы предсказать, как частота геномных вариантов, вызывающих ФМФ, менялась в течение поколений.

«Мы обнаружили, что оба геномных варианта, вызывающих ФМФ, возникли более 2000 лет назад, до Чумы Юстиниана и Черной смерти. Оба варианта были связаны с доказательством позитивного отбора», — говорит доктор философских наук Элейн Реммерс. исследователь в отделении геномики метаболических, сердечно-сосудистых и воспалительных заболеваний NHGRI.

Затем исследователи изучили, как Yersinia pestis взаимодействует с геномными вариантами, вызывающими ФМФ. Они взяли образцы определенных лейкоцитов у пациентов с FMF. Кроме того, они взяли образцы у людей, которые несут только одну копию геномных вариантов (следовательно, не заражаются болезнью).

Команда обнаружила, что Yersinia pestis не уменьшает воспаление в белых кровяных клетках, полученных от пациентов с FMF и людей с одной копией геномных вариантов, вызывающих FMF. Это открытие резко контрастирует с тем фактом, что Yersinia pestis уменьшает воспаление в клетках без мутаций, связанных с FMF.

Исследователи полагали, что если Yersinia pestis не уменьшит воспаление у людей с FMF, то, возможно, это может потенциально повысить выживаемость пациентов при заражении патогеном.

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи генетически сконструировали мышей с геномными вариантами, вызывающими ФМФ. Они заразили как здоровых, так и генно-инженерных мышей Yersinia pestis. Их результаты показали, что инфицированные мыши с геномным вариантом, вызывающим ФМФ, значительно повысили выживаемость по сравнению с инфицированными здоровыми мышами.

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *