Заморская зараза • Сергей Глаголев • Научно-популярные задачи на "Элементах" • Биология

Заморская зараза

Задача

До недавнего времени шли дискуссии о том, является ли тропическая малярия эндемичной (местной) болезнью для Южной Америки или она завезена из Африки вместе с черными рабами. Как вы думаете, какие данные можно использовать, чтобы решить этот спор?


Подсказка 1

Сейчас этот спор считается решенным. Подумайте, какие данные (полученные с помощью новых методов) появились за последние 20 лет и позволили поставить в этом споре точку.


Подсказка 2

Род Plasmodium (возбудители малярии) включает около 200 видов, из которых пять паразитируют на человеке, а остальные — на других видах позвоночных. Тропическая малярия, о которой идет речь в задаче, вызывается одним из видом плазмодиев. Человеческую малярию переносят многие виды комаров рода Anopheles. Подумайте, как можно использовать эти сведения, чтобы найти подход к решению нашей задачи.


Решение

В наши дни тропическая малярия (возбудитель которой — Plasmodium falciparum) во многих районах Южной Америки, несомненно, является эндемичным (или эндемическим) заболеванием, то есть сохраняется в местных популяциях без притока больных извне. Надеюсь, из условия было понятно, что речь идет о времени проникновения малярии в Южную Америку: произошло ли оно после открытия Нового Света европейцами и начала работорговли или до этих событий?

Все считают, что родина тропической малярии — Африка. В пользу этого говорит множество фактов.

1. Ближайший родич Plasmodium falciparum P. reichenowi — паразит африканских человекообразных обезьян. Более того, недавно выяснилось, что и P. falciparum паразитирует на гориллах, шимпанзе и бонобо. Другие приматы этими «человекообразными» видами малярии, насколько известно, в природе не болеют (см. рис. 1).

Рис. 1. Упрощенное филогенетическое древо некоторых видов плазмодиев. Наш герой, P. falciparum, может заражать не только человека и горилл, но также шимпанзе и бонобо. На африканских человекообразных обезьянах, как оказалось, паразитирует еще несколько близких видов плазмодиев. Тесное родство P. falciparum с возбудителями птичьей малярии не подтверждается современными данными. Изображение с сайта nature.com

2. Генетическое разнообразие человеческих линий P. falciparum (как и генетическое разнообразие людей) наибольшее в Африке и постепенно падает по мере удаления от нее. Обычно самое большое генетическое разнообразие характерно для центра происхождения вида, где он существует наиболее длительное время (хотя на него, конечно, могут влиять и другие факторы).

3. Многие вредные мутации, защищающие гетерозиготных носителей от тропической малярии, достигают высокой частот в Африке и/или ближайших к ней районах Азии. Это означает, что и здесь эта болезнь длительное время действовала как важный фактор отбора.

4. Африканские виды комаров-анофелесов (Anopheles) «заточены» на передачу малярии именно от человека к человеку, так как предпочитают людей всем другим жертвам. Их «антропофильный индекс» (вероятность, что при очередном кровососании они укусят человека) достигает 80-100%. В других частях света он обычно не достигает 50%. Это тоже, видимо, говорит о длительной совместной эволюции паразита и двух его хозяев — комаров и людей.

Итак, тропическая малярия попала из Африки на другие континенты. Но когда и как она проникла в Новый Свет? В принципе, есть три основных сценария. Первый — она попала туда из северной Евразии при первичной миграции людей в Америку. На первый взгляд, этот сценарий фантастичен — считается, что тропическая малярия длится не более 1,5-2 лет, а за такое время на фоне довольно холодного климата больной вряд ли через Берингию мог достигнуть района, где малярию могут передавать анофелесы. Но на самом деле P. falciparum иногда живет в больном до 10-13 лет, так что все-таки можно представить, как зараженный человек мог преодолеть две-три тысячи километров вдоль западного побережья Северной Америки и «донести» своего возбудителя до подходящих переносчиков. Второй, гораздо более вероятный сценарий — проникновение малярии в Северную или Южную Америку при доколумбовых трансокеанских контактах. Наконец, третий вариант — проникновение тропической малярии после «открытия» Америки европейцами (причем ее могли занести не только рабы-африканцы, но и сами европейцы, так как тропическая малярия была широко распространена в Средиземноморье).

Многим археологам и историкам почему-то хотелось найти малярию в доколумбовой Америке (видимо, как свидетельство доколумбовых контактов со Старым светом). Но свидетельств о ее наличии на самом деле было очень мало. В некоторых работах, правда, сообщалось о наличии возбудителей малярии (не тропической) в мумиях доколумбовой эпохи возрастом 1700 лет. Их выявляли с помощью антител. Работ, подтверждающих это с помощью современных молекулярных методов, мне найти не удалось (может быть, одна из причин — труднее стало изучать мумии из-за политкорректности).

Другой довод — использование индейцами коры хинного дерева для лечения малярии — очень слабо обоснован. Европейцы узнали про хинное дерево спустя 150-200 лет после открытия Америки, привезли его в Европу как противомалярийное средство иезуиты, и они же, вполне возможно, открыли его противомалярийное действие. Индейцы до контакта с европейцами, видимо, использовали кору. Но для чего — неизвестно. Неизвестно также, с каких времен это началось — никаких следов коры не находили при раскопках. Нет упоминаний о хинном дереве и о болезнях с симптомами малярии в сохранившихся письменных источниках инков. Дополнительный исторический аргумент против наличия «доколумбовой» малярии — то, что европейцы в начальный период освоения Америки мало страдали от инфекций. От завезенных инфекций, как известно, вымерло как раз местное население. При освоении экваториальной Африки всё было с точностью до наоборот: европейцы мерли как мухи от малярии и желтой лихорадки.

Возможно, главный аргумент против раннего проникновения малярии в Америку, который можно было предъявить до недавнего времени, — это практически полное отсутствие среди местных (индейских) этнических групп генетических вариантов, повышающих устойчивость к малярии. Но сейчас точку в споре поставила генетика самих плазмодиев. В недавнем обширном исследовании были изучены популяции P. falciparum из разных районов Африки, откуда везли рабов, и из разных районов Южной Америки — тех, куда их везли (см. E. Yalcindag et al., 2012. Multiple independent introductions of Plasmodium falciparum in South America). Удалось установить, что почти наверняка все американские популяции недавно отделились от африканских. Интересный новый результат — что было два заноса. Одна линия плазмодиев проникла из Африки в бывшую испанскую империю (через Вест-Индию и территорию современной Мексики и Колумбии), а другая — в бывшую португальскую империю, на территорию современной Бразилии. Никаких следов древних изолированных популяций плазмодиев найти не удалось. Итак, все-таки рабы…


Послесловие

Совсем упрощенно рассматривая мнения ученых об истории болезней, можно выделить две крайние позиции. Согласно первой, все «человеческие» болезни возникли недавно и передались человеку от одомашненных животных в период неолитической революции или еще позднее. Довольно последовательно проводит эту точку зрения Д. Даймонд в своей известной книге «Ружья, микробы и сталь». В одной из таблиц он приводит данные, из которых следует, что малярию люди якобы получили от кур и уток, а туберкулез и оспу — от коров. Даймонд не слишком виноват: в конце 90-х, в момент выхода в свет первого издания книги, так действительно думали многие ученые (хотя были и другие точки зрения, о которых Даймонд умалчивает).

Вторая крайность — предположение, что все паразиты (включая вирусы и бактерии) эволюционировали совместно с их хозяевами. Согласно этой концепции, расхождение между видами плазмодиев, например, бонобо и шимпанзе должно было произойти около 2-3 млн лет назад (в период обособления этих близких видов), а плазмодиев человека и шимпанзе — 5-6 млн лет назад.

Неверными оказались оба этих крайних мнения. Так, оказалось, что ближайший к человеческому вирусу оспы патоген — вовсе не вирус коровьей оспы, а вирус одного из видов африканских грызунов. Туберкулез возник как современная человеческая болезнь от «прототуберкулезной» инфекции где-то на территории Африки не менее 70 000 лет назад (возможно, намного раньше) и скорее передался от человека предкам коров и другим копытным, чем наоборот.

Совершенно неожиданным (если верить «последним научным данным») оказалось появление чумы. Этот грозный микроб действительно появился, видимо, всего около 10 000 лет назад, но вне всякой связи с возникновением сельского хозяйства, синантропных грызунов и популяций людей с высокой плотностью. Он возник из предкового вида (возбудителя иерсиниоза), скорее всего, в популяциях сурков в Центральной Азии. Главным приобретением нового микроба стала плазмида, на которой закодирован белок-протеаза Pla (см. Daniel L. Zimbler et al., 2015. Early emergence of Yersinia pestis as a severe respiratory pathogen, а также Черная смерть. История о том, как безобидная бактерия стала беспощадной убийцей). За счет этого белка бактерия приобрела способность размножаться в легких, а за счет последующей единственной аминокислотной замены в этом белке — распространяться из легких по всему организму человека.

Тропическую малярию люди тоже получили не от домашних животных, а от своих ближайших родичей — но не путем дивергенции предкового паразита, а путем однократной смены хозяина. Происхождение и история распространения человеческих болезней — бурно развивающаяся область. По мере усовершенствования молекулярных методов в этой области быстро накапливаются факты и столь же быстро сменяются теории. Около 2010 года, с интервалом буквально в несколько месяцев, последовательно вышли статьи, в которых обосновывалась передача P. falciparum человеку от шимпанзе, бонобо и горилл. Последняя точка зрения восторжествовала, так как была обоснована лучше всего — в частности, количеством изученного материала (см. рис. 2).

Рис. 2. Оказалось, что все человеческие линии P. falciparum — разновидности одной из линий этого вида, паразитирующей на гориллах. Изображение с сайта nature.com

Но когда произошел этот переход, то есть когда возникла «человеческая» малярия? Оказывается, точного ответа на этот вопрос до сих пор нет. Трудно откалибровать «молекулярные часы» по имеющимся данным (возникающие проблемы ярко описаны в статье F. Prugnolle et al., 2011. A fresh look at the origin of Plasmodium falciparum, the most malignant malaria agent). Оценки варьируют примерно от 10 000 лет до 300 000 лет и более. Столь же загадочна и история расселения P. falciparum по Евразии. В одних статьях предполагается, что он расселялся параллельно с ранними миграциями человека, то есть 70 000-50 000 лет назад. Один из доводов в пользу этой точки зрения — падающее генетическое разнообразие людей и плазмодиев по мере удаления от Африки. Другие авторы считают, что каждая «исконно местная» популяция людей в Евразии приобрела «свою» малярию уже после заселения «своей» территории (см., например, обзорную статью R. Carter and K. N. Mendis. Evolutionary and Historical Aspects of the Burden of Malaria). Основной довод — многие мутации, связанные с устойчивостью к малярии, в разных популяциях входят в состав разных гаплотипов. Значит, они приобретены независимо, а не унаследованы от общих африканских предков. В общем, тут молекулярным биологам еще будет чем заняться. Как ни странно, обе точки зрения могут оказаться правильными (подумайте, почему).

Ну и напоследок — о практическом значении всех этих «игр разума», таких как, например, изучение помёта горилл для выделения ДНК плазмодиев. Две вещи почти очевидны. Главное — раз в популяциях диких приматов постоянно присутствует P. falciparum, способный заражать людей, о полном уничтожении малярии рано будет говорить, даже если удастся вылечить всех больных. Кроме того, процент заражения малярией среди шимпанзе и горилл оказался чрезвычайно высоким. Это означает, что даже в мелких и сильно изолированных популяциях тропическая малярия может эффективно распространяться. А это, в свою очередь, может пролить новый свет на ее историю.


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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