Эволюция иммунных генов связана с Черной смертью

May 28, 2023

Nature, том 611, страницы 312–319 (2022 г.) Процитировать эту статью

159 тысяч доступов

26 цитат

3884 Альтметрия

Подробности о метриках

Инфекционные заболевания являются одними из самых сильных факторов отбора, движущих эволюцию человека1,2. Сюда входит самое большое событие смертности в зарегистрированной истории — первая вспышка второй пандемии чумы, обычно называемой «Черной смертью», которая была вызвана бактерией Yersinia pestis3. Эта пандемия опустошила Афро-Евразию, унеся жизни до 30–50% населения4. Чтобы идентифицировать локусы, которые могли подвергаться селекции во время Черной смерти, мы охарактеризовали генетические вариации генов, связанных с иммунитетом, из 206 древних экстрактов ДНК, происходящих из двух разных европейских популяций до, во время и после Черной смерти. Иммунные локусы сильно обогащены высокодифференцированными участками по сравнению с набором неиммунных локусов, что предполагает положительный отбор. Мы идентифицируем 245 вариантов, которые сильно дифференцированы в лондонском наборе данных, четыре из которых были воспроизведены в независимой когорте из Дании и представляют собой наиболее сильных кандидатов на положительный отбор. Выбранный аллель для одного из этих вариантов, rs2549794, связан с производством полноразмерного (а не усеченного) транскрипта ERAP2, изменением цитокинового ответа на Y. pestis и повышенной способностью контролировать внутриклеточный Y. pestis в макрофагах. Наконец, мы показываем, что защитные варианты перекрываются с аллелями, которые сегодня связаны с повышенной восприимчивостью к аутоиммунным заболеваниям, предоставляя эмпирические доказательства роли прошлых пандемий в формировании современной восприимчивости к болезням.

Инфекционные заболевания оказали одно из самых сильных селективных давлений в эволюции человека и других животных1,2. Неудивительно, что многие кандидаты на популяционно-специфичный положительный отбор у людей включают гены иммунного ответа, что согласуется с гипотезой о том, что воздействие новых и/или вновь появляющихся патогенов приводит к адаптации5,6. Однако сложно связать признаки естественного отбора с вызывающими их патогенами, если только лежащие в их основе локусы все еще не связаны с восприимчивостью к тому же патогену в современных популяциях7,8. Выяснение динамики, которая сформировала иммунную систему человека, является ключом к пониманию того, как исторические болезни способствовали сегодняшней восприимчивости к болезням.

Мы стремились выявить признаки естественного отбора у европейцев, вызванного Yersinia pestis, бактерией, ответственной за бубонную чуму3. Первая зарегистрированная пандемия чумы началась с чумы Юстиниана в 541 г. по Р.Х. (ссылки 9,10). Почти 800 лет спустя Черная смерть (1346–1350 гг.) положила начало второй пандемии чумы, которая распространилась по Европе, Ближнему Востоку и Северной Африке, сократив население на 30–50%4,11. Не имея недавнего контакта с чумой, европейцы, пережившие Черную смерть, вероятно, представляли собой иммунологически наивные популяции, практически не адаптировавшиеся к Y. pestis. Высокий уровень смертности предполагает, что генетические варианты, обеспечивающие защиту от инфекции Y. pestis, возможно, в это время находились под сильным отбором. Действительно, почти десятилетние вспышки чумы в течение последующих четырехсот лет второй пандемии в Европе часто (но не всегда) были связаны со снижением уровня смертности11,12, что могло быть связано с эволюцией патогенов или изменением культурных практик, но потенциально также связан с генетической адаптацией человека к Y. pestis.

Геномные цели отбора, навязанные Y. pestis во время Черной смерти, если и существовали, то остались неуловимыми13,14,15. Чтобы лучше идентифицировать такие локусы, мы охарактеризовали генетические вариации древних экстрактов ДНК, полученных от людей, умерших незадолго до, во время или вскоре после Черной смерти в Лондоне и по всей Дании. Этот уникальный дизайн выборки позволяет в максимально возможной степени дифференцировать признаки, вызванные Y. pestis, от признаков, связанных с другими инфекционными заболеваниями или другими селективными процессами (хотя мы не можем полностью исключить их). В Лондоне были отобраны образцы людей с трех расположенных рядом друг с другом кладбищ, точно датированных радиоуглеродными, стратиграфическими и историческими записями до, во время и после Черной смерти (рис. 1, дополнительная таблица 1 и дополнительные методы). В Дании были отобраны образцы из пяти мест, географически разбросанных по всей стране, которые были датированы с помощью археологических средств (например, положения погребальных рукавов), стратиграфии и исторических записей. Мы сгруппировали всех людей на тех, кто жил до Черной смерти (Лондон: около 1000–1250 н.э., Дания: примерно с 850 по 1350 г. н.э.) и после Черной смерти (Лондон: 1350–1539 гг. н.э., Дания: примерно с 1350 по 1350 г. н.э.). около 1800 г. н. э.). В Лондоне мы также включили людей, похороненных на чумном кладбище Ист-Смитфилд, все они умерли во время двухлетнего периода Черной смерти между 1348 и 1349 годами (ссылка 16). Анализ митогеномного разнообразия этих людей идентифицирует исключительно европейские митогеномные гаплотипы, избегая возможной путаницы между естественным отбором и заменой популяции из неевропейских источников17.