古代DNA用于绘制引起发热细菌的进化图谱

这种转变可能与人类生活方式的变化有关，例如生活在更密集的环境中和羊毛贸易的开始。

弓形虫（Borrelia recurrentis）细菌引起重复热病，这是一种具有多次发热发作的疾病，今天通常发现于卫生条件差或人群过于拥挤的地区，如难民营。它是导致莱姆病的细菌的远亲。

英国的历史记录提到过“出汗病”或“流行热”的时期，这可能是由B.recurrentis引起的，但有限的数据使这些疫情的可能原因依然未知。

已知的只有三种细菌，包括B.recurrentis，已经从主要由蜱传播转变为由虱传播，改变了疾病的潜在严重性。直到现在，人们还不知道B.recurrentis何时从蜱转变为虱，以及这对人类疾病传播和严重性的影响。

在今天发表在Science的研究中，科学家们对四个B. recurrentis样本的基因组进行了全基因组测序。这些样本的年代从2300年到600年不等，其中包括迄今为止最古老的B. recurrentis基因组¹。这些古代样本来自于数百年前被感染者的骨骼。DNA是曾在其血液中流通的细菌的影像，已被保存在骨骼和牙齿中。

这些个体的牙齿中含有弓形虫（B. recurrentis）DNA的痕迹。两个样本中含有相对较高的病原体量，这表明这些个体可能死于严重的急性感染，或DNA保存得特别好。

适应人虱的过程

研究人员观察了古代基因组与现代B. recurrentis之间的差异，以绘制细菌随时间变化的地图，发现该物种可能在6000到4000年前与其最近的蜱传播亲属B. duttonii分歧。

他们比较了B. recurrentis与B. duttonii的基因组，发现许多基因组在蜱到虱的转变过程中流失，但随着时间的推移也获得了新的基因。这些基因变化影响了细菌躲避免疫系统的能力，并与邻近细菌共享DNA，表明B. recurrentis已经专门适应在人体虱中生存。

最适的条件

基于这些古代和现代基因组，细菌从蜱传播祖先的分歧发生在新石器时代向早期青铜时代的过渡期间。这是人类生活方式发生变化的时刻，人们开始驯化动物并生活在更密集的居住区。这可能帮助B. recurrentis更容易地在人与人之间传播。

研究人员还提出，在这一时期羊毛养殖的发展可能给虱传播的病原体带来了优势，因为羊毛提供了虱子产卵的更好条件。

他们得出结论，B. recurrentis的进化突显了遗传和环境变化的结合如何帮助病原体更轻易地传播和感染人群。

UCL的研究员、前克里克博士生及第一作者Pooja Swali表示：“由虱子传播的重复热病是一种被忽视的疾病，现代基因组有限，使得研究其多样性变得困难。增加四个古代B. recurrentis基因组的研究，使我们能够创建一个进化时间序列，并揭示细菌的遗传如何随时间变化。尽管它在适应人虱媒介的过程中存在基因组衰退的趋势，但我们展示了B. recurrentis的进化在大约1000年前是动态的，与现在的基因组相似。”

克里克古代基因组实验室的组长、西南作者Pontus Skoglund表示：“古代DNA可以增强我们对像重复热病这样重要但未被充分研究的疾病的理解。理解像B. recurrentis这样的细菌如何在过去变得更严重可以帮助我们理解疾病未来可能的变化。我们识别的时间点表明，新的衣服材料或生活在大型团体等人类社会的变化可能使B. recurrentis能够跳跃媒介，变得更致命，这是病原体与人类共同进化的一个例子。”

UCL的组长、共同高级作者Lucy van Dorp表示：“对古代人类这些感染的基因分析使我们能够直接追踪B. recurrentis在其进化过程中的基因丢失与获得。其传播和引发疾病的能力似乎是依赖于上下文的，古代DNA使我们能够推测过去的人类互动和行为在创造有利于疾病传播的条件中所起的重要作用。更多的样本将帮助我们缩小导致蜱到虱转变的事件以及帮助细菌利用任一媒介繁荣的遗传机制。”

注意：

四个Borrelia recurrentis基因组来自英国不同时期的样本：

1. 位于东约克郡的铁器时代坟场Wetwang Slack的一具女性骨骼。
2. 位于南格洛斯特郡的铁器时代洞穴Fishmonger’s Swallet中的一块人类下颌骨。
3. 来自晚中世纪坎特伯雷的奥古斯丁墓地中的一个颅骨牙齿。
4. 来自切什尔Poulton的一座中世纪小教堂中一名成年男性的牙齿。