Międzynarodowy zespół naukowców, który przeanalizował wielowiekowe DNA ofiar i ocalałych z pandemii Czarnej Śmierci, zidentyfikował kluczowe różnice genetyczne, które zadecydowały o tym, kto przeżył, a kto umarł, a także o tym, jak te aspekty naszego systemu odpornościowego ewoluowały od tamtych czasów.

Naukowcy z Uniwersytetu McMaster, Uniwersytetu w Chicago, Instytutu Pasteura i innych organizacji przeanalizowali i zidentyfikowali geny, które chroniły niektórych przed niszczącą pandemią dżumy, która przetoczyła się przez Europę, Azję i Afrykę prawie 700 lat temu. Ich badania zostały opublikowane dzisiaj w czasopiśmie Nature.

Te same geny, które kiedyś chroniły przed Czarną Śmiercią, dziś są związane ze zwiększoną podatnością na choroby autoimmunologiczne, takie jak choroba Leśniowskiego-Crohna i reumatoidalne zapalenie stawów, donoszą naukowcy.

Zespół skupił się na 100-letnim okresie przed, podczas i po Czarnej Śmierci, która dotarła do Londynu w połowie XIII wieku. Pozostaje to pojedyncze największe wydarzenie śmiertelności ludzi w zapisanej historii, zabijając w górę 50 procent ludzi w tym, co było wtedy niektóre z najbardziej zaludnionych części świata.

Ponad 500 próbek starożytnego DNA zostało pobranych i przebadanych ze szczątków osób, które zmarły przed dżumą, zmarły w jej wyniku lub przeżyły Czarną Śmierć w Londynie, w tym osób pochowanych w dołach dżumy w East Smithfield, używanych do masowych pochówków w latach 1348-9. Dodatkowe próbki pobrano ze szczątków pochowanych w pięciu innych miejscach w całej Danii.

Naukowcy szukali oznak adaptacji genetycznej związanej z dżumą, którą wywołuje bakteria Yersinia pestis.

Zidentyfikowali cztery geny podlegające selekcji, z których wszystkie są zaangażowane w produkcję białek broniących nasze systemy przed inwazyjnymi patogenami i stwierdzili, że wersje tych genów, zwane allelami, albo chronią, albo czynią człowieka podatnym na dżumę.

Osoby z dwiema identycznymi kopiami konkretnego genu, znanego jako ERAP2, przetrwały pandemię w znacznie wyższym tempie niż osoby z przeciwstawnym zestawem kopii, ponieważ „dobre” kopie pozwalały na skuteczniejszą neutralizację Y. pestis przez komórki odpornościowe.

„Kiedy pojawia się pandemia o takim charakterze — zabijająca 30 do 50 procent populacji — z pewnością nastąpi selekcja na allele ochronne u ludzi, czyli ludzie podatni na krążący patogen będą ulegać. Nawet niewielka przewaga oznacza różnicę między przeżyciem a przejściem. Oczywiście ci, którzy przeżyją i będą w wieku rozrodczym, przekażą swoje geny” – wyjaśnia genetyk ewolucyjny Hendrik Poinar, autor artykułu w Nature, dyrektor McMaster’s Ancient DNA Centre oraz główny badacz w Michael G. DeGroote Institute for Infectious Disease Research i McMaster’s Global Nexus for Pandemics & Biological Threats.

Europejczycy żyjący w czasie Czarnej Śmierci byli początkowo bardzo wrażliwi, ponieważ nie mieli ostatnio styczności z Yersinia pestis. Ponieważ fale pandemii powtarzały się w kolejnych stuleciach, śmiertelność spadała.

Naukowcy szacują, że osoby posiadające allel ochronny ERAP2 (dobra kopia genu, czyli cecha), miały o 40 do 50 procent większe szanse na przeżycie niż osoby, które go nie posiadały.

„Przewaga selektywna związana z wybranymi loci należy do najsilniejszych, jakie kiedykolwiek odnotowano u ludzi, pokazując, jak pojedynczy patogen może mieć tak silny wpływ na ewolucję układu odpornościowego” – mówi genetyk ludzki Luis Barreiro, autor pracy, i profesor medycyny genetycznej na Uniwersytecie w Chicago.

Zespół donosi, że z czasem nasze układy odpornościowe ewoluowały, by w różny sposób reagować na patogeny, do tego stopnia, że to, co kiedyś w średniowieczu było genem chroniącym przed dżumą, dziś wiąże się ze zwiększoną podatnością na choroby autoimmunologiczne. To jest właśnie balansowanie, na którym ewolucja gra z naszym genomem.

„Ta niezwykle oryginalna praca była możliwa tylko dzięki udanej współpracy między bardzo uzupełniającymi się zespołami pracującymi nad starożytnym DNA, nad genetyką populacji ludzkiej i interakcją między żywą zjadliwą bakterią Yersinia pestis a komórkami odpornościowymi” – mówi Javier Pizarro-Cerda, kierownik Jednostki Badawczej Yersinia i dyrektor Centrum Współpracy Światowej Organizacji Zdrowia ds. Dżumy w Instytucie Pasteura.

„Zrozumienie dynamiki, która ukształtowała ludzki układ odpornościowy, jest kluczem do zrozumienia, jak przeszłe pandemie, takie jak dżuma, przyczyniają się do naszej podatności na choroby w czasach współczesnych” – mówi Poinar.

Odkrycia, będące wynikiem siedmioletniej pracy absolwentki Jennifer Klunk, formalnie z McMaster’s Ancient DNA Centre i postdoctoral fellow Tauras Vigylas, z University of Chicago, pozwoliły na bezprecedensowe spojrzenie na geny odpornościowe ofiar Czarnej Śmierci.

Badania zostały sfinansowane częściowo przez Social Sciences and Humanities Research Council of Canada (SSHRC), The National Institutes of Health (NIH) oraz Canadian Institute for Advanced Research, w ramach programu Humans and the Microbiome.

Źródło: McMaster University / Michelle Donovan