Чума на вашу голову! Как зародилась чёрная смерть
Микроб чумы открыл Александр Йерсен в Гонконге в 1894 году — в начале третьей пандемии этой страшной болезни. Однако по поводу происхождения и эволюции данного микроба до сих пор продолжаются горячие споры. В последние два десятилетия создано множество «молекулярных» эволюционных сценариев. Но, несмотря на внедрение продвинутых молекулярных методов исследования, на вопросы, где, когда, каким образом и при каких обстоятельствах этот микроб возник, убедительного ответа пока так и не получили. Один из сценариев происхождения чумного микроба, основанный на очевидных экологических фактах, до недавнего времени не привлекал внимания исследователей, так как не соответствует мэйнстримному молекулярному подходу. Но сейчас уже нет сомнений, что только результаты совместных экологических и молекулярно-генетических исследований могут пролить свет на историю возбудителя трёх известных чумных пандемий.
Чума — одна из наиболее опасных инфекций человека и животных, оставившая неизгладимые следы в истории человечества. Первая пандемия — «чума Юстиниана» — началась в Нижнем Египте в городе Пелузий в 571 году, охватила страны Средиземноморья и продлилась более двух веков. Вторая пандемия — «чёрная смерть» — зародилась в горах Средней Азии, к 1346 году через Нижнее Поволжье распространилась в крымскую Каффу, откуда была завезена на Ближний Восток, в долину Нила и в Европу, где продолжалась до конца XVIII века. Третья пандемия вышла из китайской провинции Юньнань в середине XIX века, к 1894 году достигла морского побережья в городах Кантон и Гонконг и с корабельными крысами морским транспортом была разнесена в 83 морских порта в Евразии, Африке, Австралии и на Американском континенте.
Во время эпидемии в Гонконге швейцарский врач Александр Йерсен открыл возбудителя чумы, микроба, который получил название Yersinia pestis. Тогда же специалисты многих стран мира начали всестороннее изучение инфекции, которая к настоящему времени стала одной из наиболее исследованных. Но, удивительное дело, за прошедшие более чем 125 лет наука так и не смогла чётко ответить на вопросы о происхождении и мировой экспансии микроба чумы. Отсутствие ответа на эти вопросы во многом сдерживает разработку средств и методов контроля, лечения и профилактики инфекции и усложняет прогноз её возможных новых эпидемий и пандемий. Впрочем, в последние два десятилетия были получены научные данные, которые значительно приблизили решение обозначенных вопросов.
Два открытия молекулярной генетики
С конца прошлого века в медико-биологической науке широко стали использовать молекулярно-генетические и статистические методы исследований, внедрялись информационные и компьютерные технологии. Молекулярные методологии стали доминирующими и в реконструкции эволюционной истории или, иными словами, филогении возбудителя чумы. В результате были сделаны два краеугольных открытия, потребовавших пересмотра «классических» представлений о происхождении чумы. Во-первых, выявлен прямой предок чумного микроба. Им оказался кишечный обитатель многих видов позвоночных и беспозвоночных животных — псевдотуберкулёзный микроб 1-го серотипа Y. pseudotuberculosis O:1b, или, более точно, возбудитель дальневосточной скарлатиноподобной лихорадки (ДСЛ), широко распространённый в холодных районах Северной Азии, Сибири, Дальнего Востока, Центральной Азии, встречающийся также в Японии и Канаде. Таким образом, удалось получить чёткое представление о стартовом этапе истории чумы. Во-вторых, стало понятно, что микроб чумы эволюционно молод. Вопреки прежним представлениям о его древнем происхождении (олигоцен-плиоцен, 30—5 млн лет назад), оказалось, что дивергенция возбудителей ДСЛ и чумы произошла не ранее 30 тыс. лет назад на рубеже плейстоцена и голоцена или в голоцене. А на африканский материк и в Новый Свет чуму завёз из Азии человек. До этого считали, что чума возникла или в популяциях сурков в Северной Америке, или в популяциях песчанок в Старом Свете и с мигрирующими грызунами распространилась широко в мире по межконтинентальным сухопутным мостам: Берингийскому, Панамскому и Синайскому, неоднократно возникавшим в геологическое время.
К сожалению, вместе с названными очевидными достижениями молекулярно-генетический подход включает крайне деструктивную позицию: прокламирует сальтационное преобразование клона возбудителя ДСЛ в возбудителя чумы несколькими одномоментными генетическими актами — встраиванием в псевдотуберкулёзную клетку путём горизонтального переноса генов из внешней среды или от других микроорганизмов сложных генетических структур. При этом постулируется, что в геноме чумного микроба, в сравнении с псевдотуберкулёзным, произошли многочисленные и радикальные перестройки, вызвавшие изменения глубинных метаболических процессов, таких как обмен железа и кислорода, что не согласуется с сальтационистскими взглядами. Такие крупные метаболические эволюционные преобразования могли совершиться только путём постепенной адаптации к новой среде обитания, то есть через переходные формы, обитающие в промежуточной среде. При этом молекулярно-генетический подход прокламирует недавнее возникновение микроба чумы в популяциях полёвок (Microtina), но какие-либо экологические свидетельства в пользу такого заключения совершенно отсутствуют.
Экологические ниши Y. pseudotuberculosis и Y. pestis
Эволюция популяций живых организмов, включая видообразование, происходит при изменении среды обитания. Поэтому для реконструкции процесса видообразования важно в деталях представлять себе среды обитания предкового и производного микробов.