科学家们记录了引起黑死病的细菌（耶尔森氏菌）中一个单一基因如何使其通过调整其致病性和杀死受害者所需时间而生存了数百年，但这些形式的瘟疫最终消亡。
科学家们记录了引起黑死病的细菌，耶尔森氏菌，中一个单一基因如何使其通过调整其致病性和杀死受害者所需时间而生存了数百年，但这些形式的瘟疫最终消亡。
今天在《科学》杂志上发表的一项由麦克马斯特大学和法国巴斯德研究所的研究，处理了一些与大流行相关的基本问题：它们是如何进入人类群体、造成大量疾病并演变出不同水平的致病性以在群体中持续存在的？
黑死病仍然是人类历史上记录的最致命的大流行，估计在其传播至欧洲、西亚和非洲时杀死了30%至50%的人口。它出现在14世纪，在500多年的时间里以波动形式重新出现，持续到1840年。
黑死病是由同一种细菌引起的，它在500年代中期疫发造成的第一次瘟疫大流行（查士丁尼瘟疫）。第三次瘟疫大流行于1855年在中国开始，至今仍在延续。虽然其致命影响现在有抗生素的有效控制，但在如马达加斯加和刚果民主共和国等地区仍然可以感受到，每年都有病例报告。
“这是首次直接研究古老病原体变化的研究之一，该病原体至今仍存在，试图理解什么驱动了大流行的致病性、持续性和/或最终灭绝，” 麦克马斯特古代DNA中心主任、遗传人类学的迈克尔·G·德格鲁特讲座教授亨德里克·波伊纳尔说。
查士丁尼瘟疫的菌株在肆虐了300年后使欧洲和中东的人口灭绝。第二次大流行由感染的啮齿动物群体中出现，导致黑死病，随后分裂为两个主要谱系。两个谱系之一是所有现存菌株的祖先。另一个在几个世纪后在欧洲重新出现，并最终在19世纪初灭绝。
研究团队使用来自古代和现代瘟疫受害者的数百个样本，筛查出一个名为pla的基因，这是耶尔森氏菌的一个高拷贝部分，帮助其在免疫系统中未经检测地移动到淋巴结，然后传播到身体的其他部位。
广泛的遗传分析显示，在该病的后期爆发中，其拷贝数或生物体内发现的pla基因总数减少，从而使其致死率降低了20%，并延长了感染时间，这意味着宿主在死亡之前存活的时间更长。这些研究是在黑死病的小鼠模型中进行的。
相反，当pla基因处于其原始的高拷贝数时，该病的致病性要强得多，杀死每一个宿主的速度也更快。
科学家们还发现了现代和古代菌株轨迹之间的显著相似之处，它们分别在第一次和第二次大流行的后期阶段独立进化出类似的pla减少，并且目前在越南的第三次大流行中发现的三个样本中也发现了这一点。
在查士丁尼和黑死病瘟疫中，进化变化发生在第一次爆发后大约100年。科学家提出，当基因拷贝数下降且感染的老鼠存活时间更长时，它们可以传播感染得更远，确保病原体的繁殖成功。
“pla的减少可能反映了啮齿动物和人类群体的大小和密度变化，” 波伊纳尔解释道。“重要的是要记住，瘟疫是一场老鼠的流行病，老鼠是流行病和大流行的驱动者。人类是偶然的受害者。”
城市中的黑鼠由于其数量众多且与人类接近，可能充当“放大宿主”。由于黑鼠对耶尔森氏菌极为敏感，病原体需要老鼠种群保持在足够的数量，以提供新的宿主，使耶尔森氏菌得以持续，允许大流行周期继续。
然而，pla减少的菌株最终灭绝，可能反映了它们环境中宿主-病原体关系的另一种变化。
当研究人员在巴斯德研究所的一组保存的第三次大流行样本中搜索消耗迹象时，他们发现了三种当代的pla耗竭菌株。
“得益于我们国际合作伙伴，他们在全球监测地方瘟疫的疫情，我们能够找到用于这个项目的独特细菌样本，就像在干草堆中找到三根稀有的针，”这项工作的共同首席作者、耶尔森氏研究单位主任兼世卫组织巴斯德研究所瘟疫合作中心主任哈维尔·皮萨罗-塞尔达说。
该研究所拥有世界上最丰富的现代耶尔森氏菌分离物的收藏，补充道这项研究的共同首席作者、皮萨罗-塞尔达指导的博士后研究员吉列姆·马斯·菲奥尔。
“我们研究中一个最有趣的方面是探索在灭绝瘟疫菌株中首次观察到的特征，这可以首次在现存的当代细菌菌株中进行实验测试，”他说。
“尽管我们的研究揭示了瘟疫进化历史中的有趣模式，但目前在非洲、南美和印度继续流通的大多数菌株都是更致病的那一类，以前曾造成大量死亡，”这项研究的共同首席作者，麦克马斯特古代DNA中心的博士候选人拉夫尼特·西杜说。
