毎年 400 万人がカリフォルニア州のヨセミテ国立公園を訪れます。ほとんどが写真、ポストカード、時折の日焼けを持ち帰ります。しかし、この夏、2 人の不運な訪問者が、まったく異なるお土産を手に入れました。彼らは疫病にかかりました。
この典型的な中世の病気は、バクテリア エルシニア ペスティス によって引き起こされます 疾病管理予防センターによると、最も頻繁にノミに刺されて伝染し、米国西部では毎年少数の症例が発生しています。その歴史的記録は、はるかに不気味です。 541 年から 543 年にかけて発生したユスティニアヌスの疫病は、地中海の人口のほぼ半分を殺し、中世の黒死病はヨーロッパ人の 3 人に 1 人を殺しました。
現在、研究者たちはペストの驚くべき遺伝的歴史を明らかにし始めています。ほんの一握りの遺伝子変化 — ここのタンパク質の変化、あちらの突然変異した遺伝子 — が、比較的無害な胃の虫を、大陸の大部分を殺すことができるパンデミックに変える方法を、次々と発見が示しています.
6 月に発表されたこれらの研究の最新のものでは、pla という名前の単一の遺伝子の獲得が発見されました。 Y を与えました。ペスティス 肺炎を引き起こし、抗生物質を受けていない感染者の本質的にすべてを殺すほど致命的なペストの形態を引き起こす能力。さらに、それは知られている最も感染性の高い細菌の 1 つでもあります。 「ペスト菌 フラッグスタッフにある北アリゾナ大学の微生物学者であるポール・ケイムは、次のように述べています。 「単一の細菌がマウスに病気を引き起こす可能性があります。それ以上に猛毒になるのは難しいです。」
現代のペストにつながった遺伝子の変化は、進化の歴史の中で比較的最近、1,500 年から 20,000 年前に発生したと考えられています。しかし先月、ペストの歴史を人類以前までさかのぼる可能性があるという発見が発表されました。コーバリスにあるオレゴン州立大学の生物学者であるジョージ・ポイナー・ジュニアは、琥珀に包まれた2000万年前のノミが、Y.ペスティス .細菌の決定的な同定は行われておらず、可能でさえないかもしれませんが、黒死病の古代の祖先は、拷問された進化経路の最初のステップを明らかにするのに役立ち、おそらく最も致命的な変化がどの時点で発生したかを特定するのに役立つ可能性があります
フリーライド
ペストが発生している限り、それがどこから来たのかを解明しようとする人々がいます。ペストは好況と不況のサイクルで出現し、突然出現して大規模なパンデミックを引き起こし、時には数百年にわたって後退します。明白な原因のない突然の死の爆発は、超自然的なものを含む理論を招く傾向がありました.
現実も同様に驚くべきものです。最近の遺伝学的研究により、ペストの進化的前駆体が比較的無害な胃腸病原体 Y.偽結核 、軽度の下痢を引き起こすだけです。ペスト菌を研究してきたノースウェスタン大学の生物学者、ウィンダム・レイセム氏は、「自分が感染していることすら知らない人もいます」と語った。 「ペスト菌 3 日であなたを殺すことができ、この切り替えを行うために必要な変更はわずかでした。」
さらに、これらの変化はそれほど前に発生したものではありません。最近のいくつかの研究で、研究者は 2 つのパンデミックのペスト菌サンプルを比較しました。 Y.ペスト ロンドンのペスト ピットから回収された DNA と、ユスティニアヌスのペストに由来するドイツの墓から回収された DNA は、ほとんど同じであることが判明しました。さらに、世界中の現代のペスト犠牲者からの細菌サンプルは、ほとんど変化を示していません.調査結果は、Y.ペスティス 多くの突然変異を蓄積する時間がまだありません。 「ペスト菌 ペスト菌は非常に最近の種であるため、歴史的な墓地からのものでさえも、ペスト菌株間の遺伝的多様性はあまりありません」と、国立アレルギー感染症研究所のペスト研究者であるジョー・ヒンネブッシュは述べています。バクテリアの殺人的な適応は、ほんの数千年前のものです.
しかし、これらの適応は何ですか？ 2004 年、国際的な研究者チームが、ペストの祖先 Y. の最初の完全な遺伝子配列を発表しました。 偽結核。 彼らがそれを Y.ペスティス 、彼らは、2つの間の違いのほとんどがいわゆる中立突然変異、Yの形質を変更しない変化であることを発見しました.ペスティス .
いくつかのマイナーな変更だけが際立っていました。最初は Y を与えるようなものでした。ペスティス バクテリアのお気に入りの乗り物であるノミの乗り放題チケット。 Y.偽結核 ノミで移動できないため、現代の子孫よりも感染力がはるかに低くなります。 Hinnebusch は、このように移動できない理由を示しました:Y.偽結核 ノミにとって致命的であり、下痢を引き起こし、ノミのほぼ半分を殺します。 Y.ペスティス 一方、ノミには軽度の病気しか与えません。
バクテリアの何がノミに病気を引き起こしているかを調べるために、Hinnebusch とポスドクの Iman Chouikha は Y.偽結核 細かく砕いてノミに与えました。細菌の保護コートを消費したノミだけが病気になるため、そこに毒を配置する必要がありました。
PNAS で 2014 年に公開されたその他の探偵作品 犯人はウレアーゼと呼ばれるタンパク質であることが明らかになりました。このタンパク質は Y. に存在します。 偽結核 、しかし、遺伝子突然変異は Y.ペスティス バクテリアがそれを作成するのを防ぎます。 Chouikha と Hinnebusch がウレアーゼ遺伝子の機能的なコピーを Y.ペスティス これらの遺伝子操作されたペスト微生物をノミに与えたところ、小さな節足動物は偽結核を食べたときと同じように病気になりました. . 「これは、非常に小さな変更が劇的な効果をもたらす可能性があることを示しています」と Hinnebusch 氏は述べています。
血栓ストッパー
しかし、ノミはペストの発生の一部にすぎません。 Hinnebusch がウレアーゼに取り組んでいる間、Lathem は別の小さな遺伝子変化を調べていました。これにより、ペストは体の主な防御メカニズムの 1 つである血栓を打ち負かすことができました。
ノミが肉にかみつくと、体は血液を凝固させて出血を防ぎ、治癒を促進します。ペスト菌がこの塊に閉じ込められると、増殖できず、新しい宿主を介して拡散します. Lathem は Y.ペスティス plaと呼ばれる遺伝子を持っています その祖先に欠けているもの。この遺伝子は、血栓の溶解を助けるタンパク質をコードしています。血栓がなければ、細菌は最寄りのリンパ節に自由に広がり、そこで何十億ものコピーを作ります。
Science に掲載された Lathem の作品 、プラを示した 人から人へ伝染し、24 時間以内に宿主を死に至らしめるペストの一種である肺ペストに必要です。しかし、Lathem は pla かどうかを知りませんでした 必要な唯一の要素でした。彼はYのいくつかの祖先系統に目を向けた.ペスティス 中国と中央アジアの高地のげっ歯類で循環し続けており、おそらく細菌の祖先の家です。これらの菌株は、Y 間の中間バージョンを提供しました。偽結核 そして現代のY.ペスティス .さらに重要なことに、これらの特定の菌株の一部には pla がありませんでした .
Lathem とポスドクの Daniel Zimbler が pla をテストしたとき 自由な祖先の菌株は、肺ペストを引き起こさないことがわかった.しかし、pla を追加すると DNAの残りの部分を同じに保ちながら、菌株は容易に肺ペストを引き起こしました. pla を削除したとき Y の現代系統から。ペスティス 、細菌は肺炎を引き起こす能力を失いました。 Lathem、Zimbler らは、この 6 月にその結果を Nature Communications に発表しました。 .
「私たちは、ペスト菌の最も初期の状態を発見しました。 呼吸器疾患を引き起こす可能性があります。 プラができたらすぐに 、それは急速に成長し、肺炎を引き起こす可能性があります」とLathemは言いました.
Y.ペスティス pla を取得しただけではありません;バクテリアもそれを変えました。 pla の 1 つのアミノ酸を変更した偶然の突然変異 細菌が体内により深く侵入できるようにすることで、病原性を大幅に高めました。そこに到達すると、自分自身のコピーをさらに作成する可能性があり、咳やノミ咬傷によって他の人に感染する可能性が高くなります.
この調査結果は、肺ペストに対する研究者の考え方を変えました。肺炎を引き起こす能力は、Y.ペスティス . Lathem の研究は、Y.ペスティス プラを獲得 、したがって、非常に早い段階で肺炎を引き起こす可能性があります。 pla の突然変異 後に起こり、局地的な病気の発生を引き起こす可能性のある細菌を、今日私たちが知っている大量殺戮者に変えました.
「私たちの研究は、pla のこの変異を指摘しています。 ペストのこれらのビッグバン イベントの 1 つとして」と Lathem は言いました。 「すでに重度の肺炎を引き起こす準備ができており、浸潤性疾患を引き起こす可能性があれば、すべてが増幅される可能性があります.」
ペストは蔓延し続けていますが、害虫駆除、衛生、抗生物質の改善により、流行の規模と死亡者数は劇的に減少しています。しかし、これらのバクテリアの DNA は、次の主要なパンデミックが数回の突然変異で発生する可能性があることを身も凍るように思い出させます。
