흑사병 뒤에있는 돌연변이 유전자

매년 4 백만 명이 캘리포니아의 요세미티 국립 공원을 방문합니다. 대부분은 사진, 엽서 및 가끔 햇볕을 가져옵니다. 그러나 이번 여름에 두 명의 불행한 방문객이 매우 다른 기념품을 얻었습니다. 그들은 전염병을 얻었습니다.

박테리아 yersinia pestis로 인한이 전형적인 중세 질환 질병 통제 및 예방 센터에 따르면, 벼룩에 의해 가장 자주 전달되는데, 매년 미국 서부에서는 소수의 사례에 대한 표면이 여전히 남아있다. 역사적 기록은 훨씬 더 무겁습니다. 541 년에서 543 년까지의 저스티니안의 전염병은 지중해의 거의 절반을 멸망 시켰으며, 중세의 흑사는 세 명의 유럽인마다 1 명을 죽였습니다.

이제 연구원들은 전염병의 놀라운 유전자 역사를 밝히기 시작했습니다. 발견의 발진은 작은 소수의 유전 적 변화 (여기서 변경된 단백질, 돌연변이 유전자)가 상대적으로 무해한 위 버그를 대륙의 많은 부분을 죽일 수있는 유행성으로 변형시킬 수있는 방법을 보여줍니다.

6 월에 발표 된이 연구 중 가장 최근의 연구는 pla 이라는 단일 유전자의 획득이 y. 페스티스 폐렴을 일으키는 능력으로 인해 전염병의 형태가 너무 치명적이어서 항생제를받지 않는 감염된 모든 사람들을 죽일 수 있습니다. 또한, 그것은 또한 알려진 가장 전염성이있는 박테리아 중 하나입니다. “ yersinia pestis Flagstaff의 Northern Arizona University의 미생물학자인 Paul Keim은 말했습니다. “단일 박테리아는 생쥐에서 질병을 유발할 수 있습니다. 그보다 훨씬 더 악성이 어렵습니다.”

현대 전염병으로 이어진 유전 적 화성은 1,500 년에서 20,000 년 전의 진화 역사에서 비교적 최근에 발생한 것으로 생각됩니다. 그러나 지난 달, 전염병의 역사를 인간 이전의 시간으로 거슬러 올라갈 수있는 발견이 발표되었습니다. Corvallis에있는 Oregon State University의 생물 학자 인 George Poinar Jr.는 앰버에 싸인 20 백만 년 된 벼룩이 혈장에 전염병과 같은 박테리아를 가지고 있으며, 이는 y의 조상이 될 수 있음을 발견했습니다. 페스티스 . 박테리아의 결정적인 식별은 이루어지지 않았으며 가능할 수도 있습니다. 흑사병의 고대 조상은 고문을받은 진화 경로에서 가장 초기 단계를 드러내는 데 도움이 될 수 있으며 아마도 가장 치명적인 변화가 어떤 시점에서 어떤 지점을 정확히 찾아 낼 수 있습니다.

벼룩 타기

전염병이있는 한, 사람들이 어디에서 왔는지 알아 내려고 노력했습니다. 전염병은 붐과 버스트 주기로 나타나서 갑자기 거대한 전염병을 일으키고 때로는 수백 년 동안 후퇴합니다. 명백한 원인이없는 갑작스런 죽음의 분화는 초자연과 관련된 이론을 초대하는 경향이있었습니다.

현실은 거의 놀랍습니다. 최근의 유전자 연구는 전염병의 진화 전구체를 비교적 무해한 위장 병원체로 거슬러 올라 갔다. 슈도 투 베르 쿨 로시스 가벼운 설사 만 유발합니다. 노스 웨스턴 대학교의 생물학자인 윈드 햄 래지 템 (Wyndham Lathem)은 전염병 박테리아를 연구하는 경력을 쌓은“어떤 사람들은 자신이 가지고 있다는 것을 알지 못합니다. “ yersinia pestis 3 일 만에 당신을 죽일 수 있으며이 스위치를 만들기 위해 몇 가지 변경 만 필요했습니다.”

또한 이러한 변화는 오래 전에 발생하지 않았습니다. 최근 몇몇 연구에서 연구자들은 두 가지 유행병의 전염병 박테리아 샘플을 비교했습니다. y. 페스티스 DNA는 런던의 전염병 구덩이와 저스틴의 전염병으로 인한 독일 무덤에서 회복되었습니다. 또한, 전 세계 현대 전염병 피해자의 박테리아 샘플은 거의 변화가 거의 나타나지 않습니다. 결과는 y를 나타냅니다. 페스티스 아직 많은 돌연변이를 축적 할 시간이 없었습니다. “ yersinia pestis 전염병 균주들 사이에는 유전 적 다양성이 많지 않은 최근 종들, 심지어 역사적인 묘지의 사람들조차도 많지 않습니다.”라고 국립 알레르기 및 전염병 연구소의 전염병 연구원 인 조 힌네 부치 (Joe Hinnebusch)는 말했습니다. 박테리아의 살인 적응은 몇 천년에 불과합니다.

그러나 이러한 적응은 무엇입니까? 2004 년 국제 연구원 팀이 전염병 조상의 최초의 전체 유전자 서열을 발표했습니다. pseudotuberculosis. 그들이 그것을 y와 비교했을 때. 페스티스 , 그들은이 둘 사이의 대부분의 차이가 소위 중성 돌연변이이며, 변화는 y의 특성을 변화시키지 않았다는 것을 발견했다. 페스티스 .

약간의 작은 변화 만 눈에 띄었습니다. 첫 번째는 y를주는 것과 같았습니다. 페스티스 박테리아가 가장 좋아하는 라이드 :The Flea의 ​​온전한 비행 티켓. y. 슈도 투 베르 쿨 로시스 벼룩을 여행 할 수 없어 현대의 후손보다 훨씬 덜 전염성이 있습니다. Hinnebusch는 왜 이런 식으로 움직일 수 없는지를 보여주었습니다. y. 슈도 투 베르 쿨 로시스 벼룩에 치명적이어서 거의 절반을 죽이는 설사를 일으 킵니다. y. 페스티스 반면에, 벼룩은 온화한 질병 만 제공합니다.

박테리아에서 벼룩에서 질병을 일으키는 것을 알아 내기 위해 힌네 부치와 박사 후 hinnebusch와 iman chouikha가 잘게 썬다. 슈도 투 베르 쿨 로시스 작은 조각으로 벼룩에 먹이를 먹었습니다. 박테리아의 보호 코트를 섭취 한 벼룩 만 아프게되었으므로 독이 그곳에 위치해야했습니다.

2014 년에 PNAS 에 출판 된 추가 탐정 작업 범인은 우레아제 (Urease)라는 단백질임을 밝혀 냈습니다. 이 단백질은 y. 에 존재한다 슈도투 베르 쿨 로시스 그러나 유전자 돌연변이는 y를 중지합니다. 페스티스 그것을 만들어 낸 박테리아. Chouikha와 Hinnebusch가 우레아제 유전자의 기능적 사본을 다시 y에 삽입했을 때. 페스티스 이 유전자 조작 된 전염병 미생물을 벼룩에 먹이고, 작은 절지 동물은 그들이 pseudotuberculosis를 먹었을 때와 마찬가지로 아 sick습니다. . Hinnebusch는“이것은 사소한 변화가 얼마나 극적인 영향을 미칠 수 있는지 보여줍니다.

응고 스토퍼

그러나 벼룩은 전염병의 발전에 관한 이야기의 일부일뿐입니다. Hinnebusch가 Urease를 연구하는 동안 Lathem은 전염병이 신체의 주요 방어 메커니즘 중 하나 인 혈전 중 하나를 물리 칠 수있는 또 다른 작은 유전 적 변화를 조사하고있었습니다.

벼룩이 육체에 물리면 신체는 출혈을 방지하고 치유를 촉진하기 위해 혈액을 응고함으로써 반응합니다. 전염병 박테리아 가이 응고에 갇히면 새로운 숙주를 통해 곱하고 퍼질 수 없습니다. Lathem은 y를 보여 주었다. 페스티스 pla 라는 유전자가 있습니다 그 조상들이 부족하다. 이 유전자는 혈전을 용해시키는 데 도움이되는 단백질을 암호화합니다. 응고가 없으면 박테리아는 가장 가까운 림프절로 자유롭게 퍼져서 수십억 부를 뿌릴 수 있습니다.

Science 에 출판 된 Lathem의 작품 , pla 을 보여 주었다 Pneumonic Plague에는 개인에서 사람으로 전염 될 수 있으며 24 시간 이내에 호스트를 죽일 수있는 전염병의 형태 인 Pneumonic Plague에 필요합니다. 그러나 Lathem은 pla 의 지 몰랐습니다 필요한 유일한 요인이었습니다. 그는 y의 여러 조상 균주로 향했다. 페스티스 그것은 중국의 고지대와 중앙 아시아의 설치류에서 계속 순환하고 있으며, 아마도 박테리아의 조상의 고향 일 것입니다. 이 균주는 y 사이에 중간 버전을 제공했습니다. 슈도 투 베르 쿨 로시스 그리고 현대 y. 페스티스 . 더 중요한 것은, 이러한 특정 균주 중 일부는 pla 가 부족했다 .

박사후 Lathem과 Daniel Zimbler가 pla 을 테스트했을 때 -조상의 균주는 이것들이 폐렴 전염병을 유발할 수 없다는 것을 발견했습니다. 그러나 그들이 pla 을 추가했을 때 나머지 DNA를 동일하게 유지하면서 균주는 폐렴 전염병을 쉽게 발생시켰다. 그리고 그들이 pla를 제거했을 때 y의 현대 균주에서. 페스티스 박테리아는 폐렴을 유발하는 능력을 상실했습니다. Lathem, Zimbler 및 동료들은 이번 6 월 Nature Communications 에서 결과를 발표했습니다. .

“우리의 연구는 PLA 에서이 돌연변이를 가리키고 있습니다 Plague에서 이러한 빅뱅 이벤트 중 하나로서”라고 Lathem은 말했습니다. "이미 심한 폐렴을 일으킬 준비가되었으며 일단 침습성 질환을 일으킬 수 있으면 모든 것이 증폭 될 수 있습니다."

해충 방제, 위생 및 항생제의 개선은 발병 크기와 그들로부터 죽는 사람들의 수를 크게 감소 시켰지만 전염병은 계속 확산되고 있습니다. 그러나 이들 박테리아의 DNA는 다음 주요 전염병이 몇 가지 돌연변이 일 수 있다는 냉담한 상기시켜줍니다.