Заморська зараза • Сергій Глаголєв • Науково-популярні завдання на "Елементи" • Біологія

Заморська зараза

завдання

До недавнього часу йшли дискусії про те, чи є тропічна малярія ендемічної (місцевої) хворобою для Південної Америки або вона завезена з Африки разом з чорними рабами. Як ви думаєте, які дані можна використовувати, щоб вирішити цю суперечку?


Підказка 1

Зараз ця суперечка вважається вирішеним. Подумайте, які дані (отримані за допомогою нових методів) з'явилися за останні 20 років і дозволили поставити в цій суперечці крапку.


Підказка 2

рід Plasmodium (Збудники малярії) включає близько 200 видів, з яких п'ять паразитують на людині, а решта – на інших видах хребетних. Тропічна малярія, про яку йде мова в задачі, викликається одним з видом плазмодіїв. Людську малярію переносять багато видів комарів роду Anopheles. Подумайте, як можна використовувати ці відомості, щоб знайти підхід до вирішення нашої задачі.


Рішення

В наші дні тропічна малярія (збудник якої – Plasmodium falciparum) У багатьох районах Південної Америки, безсумнівно, є ендемічним (або ендемічним) захворюванням, тобто зберігається в місцевих популяціях без припливу хворих ззовні. Сподіваюся, з умови було зрозуміло, що мова йде про час проникнення малярії в Південну Америку: чи відбулося воно після відкриття Нового Світу європейцями і початку работоргівлі або до цих подій?

Всі вважають, що батьківщина тропічної малярії – Африка. На користь цього говорить безліч фактів.

1. найближчий родич Plasmodium falciparum P. reichenowi – паразит африканських людиноподібних мавп. Більш того, недавно з'ясувалося, що і P. falciparum паразитує на горил, шимпанзе і бонобо. Інші примати цими «людиноподібними» видами малярії, наскільки відомо, в природі не хворіють (див. Рис. 1).

Мал. 1. Спрощене філіпченкове древо деяких видів плазмодіїв. Наш герой, P. falciparum, Може заражати не тільки людини і горил, але також шимпанзе і бонобо. На африканських людиноподібних мавп, як виявилося, паразитує ще кілька близьких видів плазмодіїв. тісна спорідненість P. falciparum зі збудниками пташиної малярії не підтверджується сучасними даними. Зображення з сайту nature.com

2. Генетична різноманітність людських ліній P. falciparum (Як і генетична різноманітність людей) найбільше в Африці і поступово падає в міру віддалення від неї. Зазвичай найбільше генетичну різноманітність характерно для центру походження виду, де він існує найбільш тривалий час (хоча на нього, звичайно, можуть впливати і інші фактори).

3. Багато шкідливі мутації, що захищають гетерозиготних носіїв від тропічної малярії, досягають високої частот в Африці і / або найближчих до неї районах Азії. Це означає, що і тут ця хвороба тривалий час діяла як важливий фактор відбору.

4. Африканські види комарів-анофелесов (Anopheles) «Заточені» на передачу малярії саме від людини до людини, тому що воліють людей всім іншим жертвам. Їх «антропофільний індекс» (ймовірність, що при черговому кровосмоктанні вони вкусять людини) досягає 80-100%. В інших частинах світу він зазвичай не досягає 50%. Це теж, мабуть, говорить про тривалої спільної еволюції паразита і двох його господарів – комарів і людей.

Отже, тропічна малярія потрапила з Африки на інші континенти. Але коли і як вона проникла до Нового Світу? В принципі, є три основні сценарії. Перший – вона потрапила туди з північної Євразії при первинній міграції людей в Америку. На перший погляд, цей сценарій фантастичний – вважається, що тропічна малярія триває не більше 1,5-2 років, а за такий час на тлі досить холодного клімату хворий навряд чи через Берингову міг досягти району, де малярію можуть передавати анофелеси. Але насправді P. falciparum іноді живе в хворому до 10-13 років, так що все-таки можна уявити, як заражений людина могла подолати дві-три тисячі кілометрів уздовж західного узбережжя Північної Америки і «донести» свого збудника до відповідних переносників. Другий, набагато більш ймовірний сценарій – проникнення малярії в Північну чи Південну Америку при доколумбових трансокеанських контактах. Нарешті, третій варіант – проникнення тропічної малярії після «відкриття» Америки європейцями (причому її могли занести не тільки раби-африканці, а й самі європейці, так як тропічна малярія була широко поширена в Середземномор'ї).

Багатьом археологам та історикам чомусь хотілося знайти малярію в доколумбової Америці (мабуть, як свідоцтво доколумбових контактів зі Старим світом). Але свідоцтв про її наявності насправді було дуже мало. У деяких роботах, правда, повідомлялося про наявність збудників малярії (НЕ тропічної) в муміях доколумбової епохи віком 1700 років. Їх виявляли за допомогою антитіл. Робіт, що підтверджують це за допомогою сучасних молекулярних методів, мені знайти не вдалося (можливо, одна з причин – важче стало вивчати мумії через політкоректність).

Інший аргумент – використання індіанцями кори хінного дерева для лікування малярії – дуже слабо обгрунтований. Європейці дізналися про хінне дерево через 150-200 років після відкриття Америки, привезли його в Європу як протималярійних засобів єзуїти, і вони ж, цілком можливо, відкрили його протималярійних дію. Індіанці до контакту з європейцями, мабуть, використовували кору. Але для чого – невідомо. Невідомо також, з яких часів це почалося – ніяких слідів кори не знаходили при розкопках. Немає згадок про Хінном дереві і про хвороби з симптомами малярії в збережених писемних джерелах інків. Додатковий історичний аргумент проти наявності «доколумбової» малярії – то, що європейці в початковий період освоєння Америки мало страждали від інфекцій. Від завезених інфекцій, як відомо, вимерло якраз місцеве населення. При освоєнні екваторіальної Африки все було з точністю до навпаки: європейці мерли як мухи від малярії і жовтої лихоманки.

Можливо, головний аргумент проти раннього проникнення малярії в Америку, який можна було пред'явити до недавнього часу, – це практично повна відсутність серед місцевих (індіанських) етнічних груп генетичних варіантів, що підвищують стійкість до малярії.Але зараз крапку в суперечці поставила генетика самих плазмодіїв. У недавньому великому дослідженні були вивчені популяції P. falciparum з різних районів Африки, звідки везли рабів, і з різних районів Південної Америки – тих, куди їх везли (див. E. Yalcindag et al., 2012. Multiple independent introductions of Plasmodium falciparum in South America). Вдалося встановити, що майже напевно все американські популяції недавно відокремилися від африканських. Цікавий новий результат – що було два заносу. Одна лінія плазмодіїв проникла з Африки в колишню іспанську імперію (через Вест-Індію і територію сучасної Мексики і Колумбії), а інша – в колишню португальську імперію, на територію сучасної Бразилії. Ніяких слідів древніх ізольованих популяцій плазмодіїв знайти не вдалося. Отже, все-таки раби …


Післямова

Зовсім спрощено розглядаючи думки вчених про історію хвороб, можна виділити дві крайні позиції. Згідно з першою, все «людські» хвороби виникли недавно і передалися людині від одомашнених тварин в період неолітичної революції або ще пізніше. Досить послідовно проводить цю точку зору Д. Даймонд у своїй відомій книзі «Рушниці, мікроби і сталь». В одній з таблиць він наводить дані, з яких випливає, що малярію люди нібито отримали від курей і качок, а туберкульоз і віспу – від корів.Даймонд не дуже винен: в кінці 90-х, в момент виходу в світ першого видання книги, так дійсно думали багато вчених (хоча були й інші точки зору, про які Даймонд замовчує).

Друга крайність – припущення, що всі паразити (включаючи віруси і бактерії) еволюціонували спільно з їхніми господарями. Відповідно до цієї концепції, розбіжність між видами плазмодіїв, наприклад, бонобо і шимпанзе повинне було відбутися близько 2-3 млн років тому (в період відокремлення цих близьких видів), а плазмодіїв людини і шимпанзе – 5-6 млн років тому.

Невірними виявилися обидва цих крайніх думки. Так, виявилося, що найближчий до людського вірусу віспи патоген – зовсім не вірус коров'ячої віспи, а вірус одного з видів африканських гризунів. Туберкульоз виник як сучасна людська хвороба від «прототуберкулезной» інфекції десь на території Африки не менше 70 000 років тому (можливо, набагато раніше) і швидше передався від людини предкам корів і іншим копитним, ніж навпаки.

Абсолютно несподіваним (якщо вірити «останніми науковими даними») виявилося поява чуми. Цей грізний мікроб дійсно з'явився, мабуть, всього близько 10 000 років тому, але поза всяким зв'язком з виникненням сільського господарства, синантропних гризунів і популяцій людей з високою щільністю.Він виник з предкового виду (збудника ієрсиніозу), швидше за все, в популяціях бабаків в Центральній Азії. Головним придбанням нового мікроба стала плазмида, на якій закодований білок-протеаза Pla (див. Daniel L. Zimbler et al., 2015. Early emergence of Yersinia pestis as a severe respiratory pathogen, а також Чорна смерть. Історія про те, як нешкідлива бактерія стала нещадної вбивцею). За рахунок цього білка бактерія придбала здатність розмножуватися в легких, а за рахунок подальшої єдиною амінокислотної заміни в цьому білку – поширюватися з легких по всьому організму людини.

Тропічну малярію люди теж отримали не від домашніх тварин, а від своїх найближчих родичів – але не шляхом дивергенції предкового паразита, а шляхом одноразової зміни господаря. Походження та історія поширення людських хвороб – бурхливо розвивається область. У міру вдосконалення молекулярних методів у цій галузі швидко накопичуються факти і настільки ж швидко змінюються теорії. Близько 2010 року, з інтервалом буквально в кілька місяців, послідовно вийшли статті, в яких обгрунтовувалася передача P. falciparum людині від шимпанзе, бонобо і горил. Остання точка зору восторжествувала, так як була обгрунтована найкраще – зокрема, кількістю вивченого матеріалу (див. Рис. 2).

Мал. 2. Виявилося, що всі людські лінії P. falciparum – різновиди однієї з ліній цього виду, яка паразитує на горил. Зображення з сайту nature.com

Але коли стався цей перехід, тобто коли виникла «людська» малярія? Виявляється, точної відповіді на це питання досі немає. Важко відкалібрувати «молекулярні годинники» з наявними даними (виникаючі проблеми яскраво описані в статті F. Prugnolle et al., 2011. A fresh look at the origin of Plasmodium falciparum, the most malignant malaria agent). Оцінки коливаються приблизно від 10 000 років до 300 000 років і більше. Настільки ж загадкова і історія розселення P. falciparum по Євразії. В одних статтях передбачається, що він розселявся паралельно з ранніми міграціями людини, тобто 70 000-50 000 років тому. Один з аргументів на користь цієї точки зору – падаюче генетичну різноманітність людей і плазмодіїв в міру віддалення від Африки. Інші автори вважають, що кожна «исконно місцева» популяція людей в Євразії придбала «свою» малярію вже після заселення «своєї» території (див., Наприклад, оглядову статтю R. Carter and KN Mendis. Evolutionary and Historical Aspects of the Burden of Malaria ). Основний аргумент – багато мутації, пов'язані зі стійкістю до малярії, в різних популяціях входять до складу різних гаплотипів. Значить, вони придбані незалежно, а не успадковані від загальних африканських предків. Загалом, тут молекулярним біологам ще буде чим зайнятися.Як не дивно, обидві точки зору можуть виявитися правильними (подумайте, чому).

Ну і наостанок – про практичне значення всіх цих «ігор розуму», таких як, наприклад, вивчення посліду горил для виділення ДНК плазмодіїв. Дві речі майже очевидні. Головне – раз в популяціях диких приматів постійно присутній P. falciparum, Здатний заражати людей, про повне знищення малярії рано буде говорити, навіть якщо вдасться вилікувати всіх хворих. Крім того, відсоток зараження малярією серед шимпанзе і горил виявився надзвичайно високим. Це означає, що навіть в дрібних і сильно ізольованих популяціях тропічна малярія може ефективно поширюватися. А це, в свою чергу, може пролити нове світло на її історію.


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: