Вирус чумы мировая пандемия
Обновлено: 25.04.2024
К 120-летию открытия А. Йерсеном и Ш. Китазато микроба чумы Yersinia pestis
Об авторе
Виктор Васильевич Сунцов — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН. Занимается изучением происхождения и эволюции возбудителей природноочаговых инфекций, в частности чумы.
Диаграмма публикаций по проблеме чумы, фиксирующая скачок их числа с 2003 г.
Немного истории
Карта распространения чумы в Европе. Пандемия, начавшаяся в центральных районах Азии, достигла берегов Черного моря в 1347 г.
Когда появился микроб чумы?
Доказанное в 1980 г. молекулярными методами непосредственное родство псевдотуберкулезного (Y. pseudotuberculosis) и чумного (Y. pestis) микробов привело к выводу об их недавней дивергенции, правда, без указания времени и места, когда именно и где это случилось [5]. Высокое сходство их геномов позволяло некоторым авторам даже объединить их в один вид в качестве отдельных подвидов, хотя вызывают они совершенно разные болезни. И псевдотуберкулезного, и чумного микробов относят к семейству Enterobacteriaceae — возбудителям кишечных инфекций, но последний, будучи паразитом крови, не имеет к ним никакого отношения. У него иная адаптивная среда, и в принципе его нужно отнести к другому семейству [3].
Микрофотография чумной палочки. Увел. ×200. Фото с сайта cdc.gov
Идея недавнего отделения чумного микроба от псевдотуберкулезного была неожиданной, но отнюдь не новой. В 1950–1970-х годах такие мысли высказывали В. Н. Беклемишев, В. А. Бибикова, А. И. Дятлов, Л. Н. Классовский, В. С. Петров, Н. М. Хрусцелевская. Но тогда подобные интуитивные ощущения эволюционной молодости возбудителя чумы выглядели теоретически чуждыми, паранаучными и деструктивными, поэтому они не нашли поддержки у ортодоксов.
Головокружение от успехов
В современных исторических реконструкциях в биологии доминирует новая филогенетика (молекулярная филогенетика, генофилетика). Отчасти это лидерство оправдано широкими возможностями, которые предоставляют молекулярные структуры и компьютерные технологии филогенетических построений, позволяющие сравнивать и обрабатывать миллионы признаков, — таких, как последовательности нуклеотидов. Все составляющие новой филогенетики полезны, они необходимы для создания естественных филогенетических схем, но недостаточны, особенно в отношении прокариот. Молекулярная генетика — молодая наука, и закономерности молекулярной эволюции пока не вполне ясны. Филогении можно выстраивать только по гомологичным признакам, а их выявление, в том числе и на молекулярном уровне, представляет немалую проблему. Выводы на основе применения разных молекулярно-генетических методов далеко не однозначны, порой не согласуются между собой и с данными других наук: экологии, биогеографии, микробиологии и др. Такая обескураживающая разноголосица свойственна и заключениям в отношении микроба чумы.
Происхождение Yersinia pestis: взгляд натуралиста
Знание экологии монгольского сурка и его блох позволяет понять селективные (адаптационные) процессы, проходившие в микробных популяциях в природе, и причинно-следственные связи в эволюционных филумах. Появление возбудителя чумы в Центральной Азии предопределили два природных фактора: аридность горно-степных ландшафтов, постепенно увеличивающаяся с олигоцена-миоцена, и максимальное похолодание в сартанское время последнего оледенения. Проще говоря, индуктором видообразования микроба чумы был сухой и холодный климат Центральной Азии в конце ледниковой эпохи. Кроме того, в возникновении чумного микроба важную роль играет физиология, точнее поведение монгольского сурка, связанное с устройством зимовочной пробки, а также особенности сурочьей блохи O. silantiewi.
В Центральной Азии, в горно-степных поселениях сурка тарбагана влажность почвы очень низкая, всего 2–7% [3], а грунт в зимовочной норе зверька сухой и щебнистый. Изготовить из него земляную пробку внутри норы, в вертикальном лазе диаметром 15–20 см, все равно, что замазать сухим песком отверстие в потолке размером с футбольный мяч. Из-за дефицита почвенной влаги у монгольского сурка выработалось специфичное поведение. При залегании в спячку он устраивает зимовочную пробку из специально подготавливаемой смеси мелкозема, щебня и влажных каловых масс, которые летом собираются в отнорках (уборных). Для перетаскивания камней, обвалянных в фекалиях, сурки используют зубы, при этом частицы фекалий, а с ними и возбудитель псевдотуберкулеза, попадают в ротовую полость. Итак, во рту спящих тарбаганов — экскременты, а в них — кишечный паразит, микроб псевдотуберкулеза!
Монгольский сурок тарбаган и его зимовочная (постоянная) нора. Вверху: зимовочная пробка, состоящая из смеси мелкозема, щебня и цементирующих их экскрементов (1); гнездовая камера (2); отнорки-уборные, в которых в летние месяцы сурки накапливают строительную смесь (3). Внизу: слой мелкозема и щебня (а); и коренные породы (б), приведены температуры грунта и спящих сурков во время раскопки (февраль 1979 г.)
Сурки — типичные семейно-колониальные животные. Группировки из 2–22 разновозрастных и разнополых зверьков совместно зимуют в одной постоянной, или зимовочной, норе. У каждого зверька в течение зимней спячки более длительные периоды глубокого сна (торпора) чередуются с короткими периодами бодрствования (эутермии). В торпорной фазе температура тела снижается до 2–5°C, в эутермной может достигать нормальной, у активных сурков — около 37°С. За осенне-зимне-весеннее время сурки не вполне синхронно просыпаются до 15 раз, примерно дважды в месяц. Таким образом, каждый зверек в течение периода подземной жизни имеет два гомеостатических состояния, между которыми лежит промежуток физиологической гетеротермии. Отсюда следствие: блохи в холодное время года питаются на сурках, температура тела которых лежит в диапазоне 5–37°C. Обратим внимание на непрерывность температур!
В 1970-х годах в тувинском очаге чумы, расположенном в Центральной Азии, мы изучали зимнюю спячку тарбагана. В феврале-марте, во время максимального зимнего промерзания грунта (до глубины более 2 м), раскопали три зимовочных норы. Из них изъяли восемь глубоко спящих и девять проснувшихся активных зверьков, среди которых были молодые, полувзрослые и взрослые особи. Из их шерсти собрали 230 личинок O. silantiewi, 60 живых и 452 пустых коконов, а из ротовой полости торпидных зверьков — дополнительно 20 личинок. Пустые коконы (от 4 до 87) обнаружили также на 22 зверьках, отловленных в первые две недели после весеннего пробуждения.
Тувинский природный очаг чумы, Монгун-Тайгинский мезоочаг. Снеговое покрытие в зимне-весенние месяцы не превышает 30–40%, грунт промерзает на глубину более 2 м к началу января, а оттаивает в июле
Отметим распределение коконов на шерсти: большая часть прикреплена на голове, у основания хвоста и на наружной стороне задних ног. Все личинки, извлеченные из ротовой полости, оказались с кровью и увеличенными в размерах за счет развития жирового тела, что свидетельствовало о полноценности пищи и об их готовности к окукливанию. У спящих зверьков поврежденная личинками слизистая ротовой полости и язык обильно кровоточили, изо рта заметно выступала кровяная пена, а рот, зубы, лапы были обильно испачканы экскрементами (следами устройства зимовочной пробки осенью). Незарубцевавшиеся раны в ротовой полости мы наблюдали у всех сурков, отловленных после выхода из нор в конце марта и начале апреля, что говорит о массовости описываемого явления, его общепопуляционном характере.
Отсюда понятна причина концентрации пустых коконов на голове, хвосте и наружной стороне задних ног у спящих и недавно пробудившихся сурков тарбаганов. Зимой грунт промерзает глубже гнездовых камер, и личинки переходят из гнездовой выстилки на более теплые тела спящих зверьков. При этом некоторые личинки, произвольно перемещаясь в шерсти, попадают в ротовую полость сурка, где, питаясь на слизистой, травмируют ее. Перед окукливанием личинки покидают ротовую полость и прикрепляются к шерсти близ рта. Зная позу свернувшегося в шар спящего сурка, у которого нос уткнулся в анус, а задние ноги прижаты к щекам, легко предсказать места прикрепления коконов.
На основе новых эколого-географических, палеоклиматических и генетических данных можно сформулировать основные постулаты теории происхождения и мировой экспансии микроба чумы.
Происхождение, естественное распространение в Евразии и антропогенная мировая экспансия микроба Y. pestis во время первой (I), второй (II) и третьей (III) пандемий. 1 — южная граница зоны многолетнемерзлых грунтов; 2 — граница доминантного распространения в природе микроба Y. pseudotuberculosis O:1b; 3 — ареал сурка-тарбагана, район происхождения микроба чумы; 4 — первичные природные очаги; 5 — вторичные природные очаги; gly + (gly − ) — способность (неспособность) штаммов ферментировать глицерин
Предковая форма возбудителя чумы — микроб псевдотуберкулеза 1-го серотипа (Y. pseudotuberculosis O:1b), который доминирует в северо-центрально-азиатских и дальневосточных районах с суровым климатом.
Метаморфоза микроба псевдотуберкулеза в чумную бактерию произошла в конце позднего плейстоцена. За весь четвертичный период глубокое промерзание грунта (2 м и более) в Центральной Азии отмечено только в сартанское время позднего плейстоцена и в голоцене, т. е. не ранее 22 тыс. лет назад [10].
В ультраконтинентальном районе зимнего антициклона в Центральной Азии личинки блох, паразитирующие на монгольском сурке тарбагане, зимой переходят к факультативной гематофагии, что приводит к устойчивому контакту крови сурков с псевдотуберкулезным микробом [3].
Теперь уже можно легко представить, как сапрозоонозный кишечный псевдотуберкулезный микроб постепенно эволюционировал в облигатный паразит крови незимоспящих грызунов: экскременты тарбагана → спящий сурок → активный сурок → незимоспящий грызун.
Знание молекулярно-генетических, популяционных и биоценотических факторов, а также их многообразных связей позволяет выделить в эволюционной истории возбудителя чумы основные вехи.
IV. Во время третьей пандемии с корабельными крысами микроб уже другого подвида (orientalis) из Азии вновь проник в Африку и впервые на быстроходных морских судах добрался до Нового Света, где закрепился в виде вторичных природных очагов в популяциях земляных белок, луговых собачек, полевок, морских свинок.
В поисках согласия
Экологический сценарий происхождения, эволюции и мировой экспансии возбудителя чумы весьма заметно расходится с гипотезами, построенными на основе генетических данных. Где же истина? Какой из них достоин большего одобрения?
В пользу экологического сценария говорит следующее:
Такие аргументы делают этот экологический сценарий наиболее правдоподобным в сравнении с другими, позволяют принять его за исходную гипотезу и наполнять его генетическими признаками. Биологическое содержание сценария, понятное широкому кругу исследователей, дает существенные гносеологические преимущества перед слишком редуцированными историческими реконструкциями. К примеру, некоторые авторы из-за сходства отдельных генетических признаков у кавказского подвида Y. pestis caucasica и псевдотуберкулезного микроба считают Кавказ родиной чумы и выстраивают соответствующую филограмму [11, 12]. Но на Кавказе, в относительно теплом климатическом регионе, нет псевдотуберкулезного микроба 1-го серотипа или он встречается крайне редко! Истоки чумы следует искать в холодных, суровых краях — как в предложенном сценарии.
Несмотря на разительное несходство экологической и генетической филогений, между ними нет непреодолимой пропасти, более того, есть безусловные точки соприкосновения. Экологический сценарий для молекулярных и генетических признаков очерчивает диапазон генетической изменчивости микробной популяции, вступившей на путь видообразования, выделяет рамки экологической достоверности генетических фактов, привлекаемых для филогенетических выводов [3, 13].
К сожалению, коронавирус был и остается одной из самых актуальных повесток текущих дней. Но, к счастью, эта безусловно опасная инфекция всё же не самая смертельная болезнь, с которой сталкивался человек.
История эпидемий и пандемий в мире насчитывает немало печальных страниц и всегда сопряжены большим количеством пациентов, которым требуется уход и лечение, как американским солдатам в госпитале Уэйко, Техас, одними из первых заразившимися вирусом испанского гриппа.
В дни, когда все говорят только о коронавирусе, важно вспомнить, что мировые эпидемии и пандемии в истории человечества, которые охватывали множество стран и уносили тысячи и миллионы жизней происходили и раньше. От этого никуда не деться. И важно лишь помнить, что все перечисленные и не упомянутые в тексте инфекции шли на спад. А многие даже были окончательно побеждены, что оставляет надежду на благоприятный исход и в этот раз.
Чтобы не потеряться и всегда быть на связи, читайте нас в Яндекс.Дзене и не забывайте подписаться на нас в Telegram, ВКонтакте и Одноклассниках!
Доисторическая эпидемия: около 3000 г. до н.э.
Афинская чума: 430-426 гг. до н.э.
До сих пор достоверно неизвестно, чем была вызвана эпидемия, которую исторически принято считать чумной, хотя существуют версии, что на протяжении 5 лет жители Афин могли страдать и от брюшного тифа, и от лихорадки Эбола, и от каких-то других инфекций. Так или иначе, пополнив печальный список эпидемий и пандемий за всю историю, это событие по ориентировочным оценкам унесло 100 000 жизней, что конечно же много для античного периода. Эпидемия в итоге оказалась более смертоносной, чем вoйна между Афинами и Спартой.
Чума Антонина: 165-180 гг. н.э.
Ещё одна печальная строчка в списке эпидемий и пандемий произошла во времена Римской империи. До сих пор неизвестно, что за болезнь была на самом деле. Загадочную эпидемию, также принято считать чумой, хотя есть версии, что это была оспа. Римская империя потеряла около 5 000 000 человек, когда армия с победой вернулась домой и вместе с трофеями принесла смертельную болезнь, которая не пощадила как солдат, так и мирное население.
Чума Киприана: 250-271 гг. н.э.
К сожалению, в истории эпидемий и пандемий в мире, особенно таких древних, находится много белых пятен. Смертельная болезнь, которая названа по имени епископа Карфагена Киприана, описавшего эпидемию, также названа чумой, хотя учёные не знают достоверно, что это была за инфекция. Бушевавшая несколько лет эпидемия на пике своём уносила до 5000 жизней. В день. В одном только Риме, не говоря уже о других городах империи. Погиб как минимум 1 000 000 человек.
Юстинианова чума: 541-750 гг. н.э.
Все последующие эпидемии и пандемии в истории человечества, так или иначе обязаны этому скорбному периоду. Всё дело в том, что это первая официально и достаточно детально задокументированная пандемия, вызванная чумой. Вспыхнувшая в годы правления византийского императора Юстиниана I болезнь охватила весь цивилизованный мир и напоминала о себе на протяжении двух веков. Всего, по оценкам специалистов, пандемия унесла порядка 90 000 000 жизней.
Хотя сам Юстиниан застал лишь первые 20 лет чумы, в список эпидемий и пандемий за всю историю она вошла под его именем.
Чёрная смерть: 1346-1353 гг.
Американская чума: XVI век
В списке эпидемий и пандемий за всю историю, события этого века стоят особняком. Под этим общим названием объединяют несколько бушевавших в Западном полушарии эпидемий из-за различных инфекций, завезённых европейцами. В частности американская чума истребила до 90% всего коренного населения Америки, поспособствовав краху цивилизаций инков и ацтеков. Таким образом местные народы были настолько истощены эпидемиями, что просто не могли противостоять захватчикам.
Великая чума в Лондоне: 1665-1666 гг.
Обычно, вспоминая о Средних веках, говорят что это самое ужасное время в истории эпидемий и пандемий в мире. Однако следует помнить, что, в том числе, набранный за эти столетия горький опыт противостояния различным инфекциям и болезням, помог человечеству не допустить возврата к этим тёмным временам.
Марсельская чума: 1720-1722 гг.
Эпидемия чумы, начавшаяся с портового Марселя и впоследствии охватившая ещё несколько городов Прованса, погубила не менее 100 000 человек. За три года, что бушевала инфекция, умерла треть населения Марселя. В списке эпидемий и пандемий на территории Франции, эта вспышка чумы, стала одной из массовых в Новое время.
Эпидемия чумы в России 1770–1772 гг.
Эпидемии и пандемии в истории России, происходили, в среднем, не меньше, чем в остальных европейских странах того времени. Последняя на сегодняшний день эпидемия чумы в Центральной России, которая унесла в одной только Москве жизни до 100 000 человек пришлась на начало 1770-х. Пришедшая из Северного Причерноморья во время русско-турецкой вoйны инфекция привела к бунтам и массовым беспорядкам, подавление которых в том числе помогло победить эпидемию.
Пандемия холеры: XIX век
Пожалуй, никогда ранее мировые эпидемии и пандемии в истории человечества не были так подробно и обстоятельно записаны. Благодаря полученным данным, можно понять что на протяжении 19-го столетия мир, как минимум, трижды сталкивался с ужасающей по своим масштабам пандемией холеры. Первая вспышка 1816-1826 гг. в Европе и Азии унесла не менее 100 000 жизней, вторая в 1829-1851 гг. была не менее смертоносной и затронула ещё и Северную Америку. Ну а самой масштабной стала третья пандемия 1852-1860 гг., жертвами которой стали более 1 000 000 человек.
Третья пандемия чумы: 1855-1960 гг.
В списке эпидемий и пандемий за всю историю данное столетие ознаменовано очередным витком развития инфекции, так печально известной людям. За несколько десятилетий чума распространилась на все обитаемые континенты, став одной из самых смертоносных пандемий за всю историю человечества. Точное количество умерших неизвестно, но только в Китае и Индии чума погубила не менее 12 000 000 человек.
Натуральная оспа: 1877-1977 гг.
После того, как в 1978 году была зафиксирована последняя смерть от оспы, история эпидемий и пандемий в мире больше не знала о данной инфекции, хотя сам вирус оспы известен человечеству на протяжении всей его истории. За это время от оспы погибло свыше 500 000 000 человек по всей планете, но победить болезнь удалось лишь созданием специальной вакцины.
Пандемия гриппа 1889–1890 гг.
Азиатский грипп: 1957-1958 гг.
Порядка 10 лет потребовалось вирусу гриппа A подтипа H2N2, чтобы мутировать в H3N2 и стать возбудителем Гонконского гриппа. На конец 1960-х, эта инфекция погубила около 1 000 000 во всём мире, став одной из заразных и летальных в списке эпидемий и пандемий за всю историю.
Эпидемия ВИЧ: с 1980 г.
Эпидемия лихорадки Эбола в Западной Африке: 2013-2015 гг.
Среди всех эпидемий и пандемий в мире, на сегодняшней день лихорадка Эбола является самой смертельной для человека. Эпидемия началась в Западной Африке впервые в истории этого региона, к чему оказались не готовы местные специалисты, не имевшие никакого опыта борьбы с этой инфекцией. Благодаря помощи международного сообщества остановить эпидемию удалось, но всё равно погибли более 11 000 человек.
Пандемия COVID-19: с 2019 г.
Печальный список эпидемий и пандемий за всю историю человечества продолжается. Последняя на сегодняшний день пандемия, в условиях которой живёт весь мир, вызвана коронавирусом SARS-CoV-2. Пандемия затронула все обитаемые континенты, унеся на момент написания материала свыше 5 млн жизней.
Несмотря на то, что коронавирус является весьма опасной инфекцией, хочется верить, что его распространение вскоре будет остановлено и число жертв COVID-19 перестанет расти. Уже можно сказать что мировые эпидемии и пандемии в современной истории не знали таких беспрецедентных мер по снижению роста заболеваемости. По состоянию на данный момент коронавирус с точки зрения R0 (количества случаев, в среднем воспроизводимым одним заражением) превосходит обычный грипп и лихорадку Эбола, но уступает краснухе и кори. Что, впрочем, не позволяет относиться к COVID-19 сверхлегкомысленно.
Обзор
Автор
Редактор
Один монах, странствуя по белому свету, встретил Чуму, которая направлялась в его город.
— Ты куда это направляешься, Чума? — спросил он ее.
— Иду в твой родной город, — ответила она. — Мне нужно забрать там тысячу жизней.
Через некоторое время монах снова встретил Чуму на своем пути.
— Почему ты меня обманула тогда? — спросил он ее с укором. — Ты говорила, что должна забрать тысячу жизней, а забрала пять тысяч.
— Я тогда сказала тебе правду, — ответила Чума. — Я действительно забрала тысячу жизней. Остальные умерли от страха.
Жертвы чумы исчислялись сотнями тысяч и даже миллионами человек, вымирали города, становились безлюдными целые области, и ужас пандемий чумы затмевал ужасы всех войн, какие знала история человечества. Целые тысячелетия люди не понимали, что является источником заболевания [2].
Библия — одно из древнейших дошедших до нас свидетельств эпидемий чумы (1 книга Царств, глава 5; 4 книга Царств, глава 19, стихи 35–36). В мировой истории отмечают три пандемии этой болезни:
Бубонная форма чумы является наиболее распространенной формой заболевания и при отсутствии лечения приводит к гибели 40–60% заболевших. Легочная форма возникает либо как осложнение бубонной или септической форм, либо при вдыхании воздуха, зараженного возбудителем чумы. Если лечение не начинают в первые 24 часа после появления симптомов, смерть наступает через 48 часов [8].
В природе чумной микроб встречается практически на всех континентах, исключая Австралию, Антарктиду, а также Арктику, что обусловливает ежегодно регистрируемые случаи этой болезни. Стремительная эволюция микроорганизмов приводит к появлению популяций бактерий (штаммов), устойчивых к антибиотикам [9], что в случае с возбудителем чумы особенно опасно. Кроме того, этих бактерий могут использовать в качестве агента биотерроризма. Все вышесказанное объясняет необходимость изучения чумного микроба.
Возбудитель чумы Yersinia pestis — самая опасная бактерия в мире [10]. Что делает ее столь смертоносной?
Факторы вирулентности, или вооружен и очень опасен
Со времен открытия возбудителя чумы в 1894 году французом Александром Йерсеном и японцем Китасато Сибасабуро ученые пытались выяснить, что определяет патогенность Y. рestis. В результате многолетней тяжелой и рискованной работы, которая продолжается и по сей день, выделили следующие факторы патогенности возбудителя:
- белки внешней мембраны (Yersinia outer proteins — называемые Yop-белками, эффекторными белками, или комплексом Yop-вирулона) [11];
- комплекс области пигментации [12];
- активатор плазминогена [13];
- капсульный антиген [14];
- пили адгезии или pH6-антиген [15].
Белки внешней мембраны, или зачем возбудителю чумы шприц?
Рисунок 1. Схема действия системы секреции III типа.
Комплекс области пигментации, или может ли стать потребность в чем-либо фактором патогенности?
Активатор плазминогена, или двуликий Янус
При вдыхании чумных микробов (и развитии легочной чумы) этот белок обеспечивает быстрое размножение бактерий в тканях легких и приводит к развитию молниеносной пневмонии и отеку легких, тогда как в отсутствии Pla инфекция не развивается в смертельную пневмонию. Установлено, что активатор плазминогена нарушает постоянство внутренней среды организма хозяина и блокирует иммунные реакции, направленные на уничтожение патогена [27].
Капсульный антиген, или скользкий тип этот возбудитель чумы
Бактерии окружены капсулой из слизистого вещества (фракция I, Fra1), которая препятствует поглощению и обезвреживанию Y. pestis иммунными клетками организма-хозяина в процессе фагоцитоза. На выявлении этого вещества-антигена основаны многие современные методы лабораторной диагностики чумы, оно входит в состав многих экспериментальных химических вакцин против чумы. Однако позднее обнаружили популяции бактерий, лишенные капсулы [28]. Кроме того, слизистая капсула есть у многих других микроорганизмов, например, возбудителя сибирской язвы, туляремии. Капсульное вещество иерсинии образуют при температуре 37 °С.
Антигены, схожие с рН6, были обнаружены у ряда возбудителей, вызывающих менее опасные болезни — кишечные инфекции (Y. pseudotuberculosis [31], Y. enterocolitica [32], Escherichia coli [8]).
Температурный фактор, или то, что действительно имеет значение
Необходимо заострить внимание на особой роли температуры в физиологии чумного микроба. Именно при температуре 37 °С у него повышаются питательные потребности [33] и синтезируются практически все известные детерминанты вирулентности (рис. 2) [34]. У других бактерий подобная зависимость выражена в меньшей степени, что позволяет говорить о ведущей роли температурного фактора в вирулентности возбудителя чумы [8].
Геном или все важное внутри
Помимо хромосомы у чумного микроба есть плазмиды — внехромосомные участки ДНК [38]. Большинство белковых факторов вирулентности закодированы на плазмидах: эффекторные белки на плазмиде pCad; капсула — pFra; активатор плазминогена — рPla (pPst, pPCP). Плазмиды pFra и рPla обнаружены только у Y. pestis (видоспецифические), pCad является общей с возбудителем псевдотуберкулеза (родоспецифическая) [20].
Заключение
В настоящее время продолжается работа по выявлению новых, еще не изученных маркеров вирулентности [39]. С использованием 2D-электрофореза, масс-спектрометрии, полногеномного секвенирования проводят сравнительный анализ отличающихся по вирулентности популяций чумного микроба для выявления различий в их белковых спектрах и геномных последовательностях. Ранее не известные белки и участки генома становятся объектом пристального внимания и изучения как потенциальные детерминанты вирулентности.
Таким образом, патогенность возбудителя чумы — это множественный (полидетерминантный) признак. Соединение многих факторов в единое целое создает страшную угрозу чумных эпидемий, с противостоянием которым, однако, прогрессивное человечество успешно справляется.
Новость
Автор
Редактор
Обратите внимание!
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Незнакомка в маске
Лики чумы
Возможно, преобладание какой-либо из форм чумы (преимущественное поражение того или иного органа) во время разных эпидемий связано не только с механизмами передачи бактерий, но и со свойствами конкретного штамма-возбудителя.
Решающей стала третья пандемия, разгоревшаяся в Китае в 1855 году. На разгадку самой страшной тайны были брошены все научные силы, изрядно к тому времени поокрепшие. И наконец в 1894 году исследования французского бактериолога Александра Йерсéна (Alexandre Yersin) и японского врача Сибасабуро Китасато (Shibasaburō Kitasato), проводимые независимо друг от друга в Гонконге, принесли долгожданные результаты. Исследуя человеческий патологический материал и трупы грызунов, Китасато и Йерсен выделили и описали коккобациллы, предположительно вызывающие чуму. И если результаты Йерсена нареканий не вызвали, то японскому бактериологу изрядно подпортили репутацию (и вызвали бесконечные споры относительно приоритета в открытии чумной палочки) противоречия в описании возбудителя, судя по всему, объясняемые загрязнением образцов оппортунистами-пневмококками [4].
Жертва мутации
Однако этого приобретения Y. pestis было недостаточно для того, чтобы научиться вызывать опаснейшую системную инфекцию (септическую форму чумы). Оказалось, что для подобного усовершенствования потребовалась всего одна (!) аминокислотная замена в белке Pla — I259T. Эта замена оптимизировала протеолитическую активность белка и существенно повысила инвазивный потенциал бактерий при развитии бубонной чумы. Таким образом, ученые полагают, что первым делом бактерия приобрела свойства легочного патогена, провокатора вспышек легочной чумы, а позже в результате дополнительной мутации появились еще более опасные штаммы, вызывающие пандемии легочно-септической и бубонно-септической чумы [6].
Тем не менее среди всех минусов Y. pestis ученые находят и плюсы ее контакта с людьми. В 2014 году в журнале PLoS ONE была опубликована статья Шэрон де Витте из Университета Южной Каролины, в которой говорилось, что люди, пережившие пандемию чумы, стали обладателями более крепкого здоровья. Ученые исследовали останки людей, живших до, во время и после чумы, обращая особое внимание на причины смерти и состояние их костей. Результаты показали, что пережившие эпидемию, а также их потомки, доживали в среднем до 75 лет и обладали завидным иммунитетом.
Немного о Pla
Почему же протеаза Pla относится к факторам вирулентности, то есть как именно она помогла чумной палочке, которая и так может похвастать богатым арсеналом приспособлений для процветания в млекопитающих и трансмиссии блохами? Одна из обязанностей Pla — активация плазминогена: образующийся при этом плазмин разрушает фибриновые сгустки, что важно, например, для распространения бактерии из бубонов по организму.
Недавно была установлена связь развития первичной легочной инфекции с механизмом, связанным с инактивацией апоптотической сигнальной молекулы под названием Fas-лиганд (FasL). Роль FasL в клетке определяется его способностью запускать процесс апоптоза. У этого белка, пронизывающего мембрану активированных цитотоксических Т-лимфоцитов и эпителиальных клеток дыхательных путей, есть внеклеточный домен, который связывается с рецептором FasR на поверхности других клеток (преимущественно лимфоцитов, а также гепатоцитов, раковых и некоторых других), что посредством активации протеаз caspase-8 и caspase-3/7 запускает апоптоз. Так поддерживается гомеостаз иммуноцитов, предотвращаются аутоиммунные процессы и уничтожаются клетки, экспрессирующие чужеродные антигены.
Проводимые на мышах эксперименты показали следующее: бактерии с нормальной протеазой Pla способствовали снижению количества FasL, что приводило к быстрой колонизации легких, в то время как йерсинии с инактивированной Pla размножались медленнее. Описанный механизм подавления иммунного ответа, по мнению ученых, может использоваться и другими патогенами, в особенности вызывающими инфекции дыхательный путей. А это, в свою очередь, открывает новые перспективы в борьбе с такими заболеваниями: можно подумать, например, над разработкой ингибиторов Pla или введением дополнительных молекул FasL [7].
Блохи — прожорливые кровососы. Питание особи может длиться от одной минуты до нескольких часов; некоторые виды умудряются заполнить свои желудки до отказа — так, что даже не успевают переварить свой кровавый обед. Возможно, именно этот факт сыграл для насекомых злую шутку, но пришелся как нельзя более кстати Y. pestis.
Рисунок 4. Крысы (Rattus norvegicus) являются переносчиками блох, а следовательно, и чумной палочки. Рисунок из [12].
Важную роль в распространении болезни кроме экономического фактора, а именно торговли, влияли социальный: войны, нищета и бродяжничество, и экологический: засухи, ливни, прочие погодные напасти. Недостаток пищи вызывал ослабление иммунитета у людей, а также служил поводом для миграции грызунов, переносивших блох с бактериями. И, конечно, гигиена во многих странах была ужасающей (или, попросту, отстутстовала), с точки зрения современного человека.
Третья пандемия чумы зародилась в китайской провинции Юньнань в 1855 году. Она длилась несколько десятилетий — к 1959 году число жертв во всём мире упало до 200 человек, но заболевание продолжало регистрироваться. В конце XIX и начале XX века вспышки чумы происходили в Российской Империи и СССР, в США, Индии, Южной Африке, Китае, Японии, Эквадоре, Венесуэле и многих других странах. Всего за этот период болезнь унесла около 12 миллионов жизней.
В 2015 году учёные обнаружили следы yersinia pestis в блохе из куска янтаря возрастом 20 миллионов лет. Палочка похожа на своих потомков и располагается в той же части блохи, что и у современных распространителей бактерии. На хоботке и на передних ламках насекомого обнаружили пятна крови. То есть распространитель чумы предположительно существует уже 20 миллионов лет, и передавался тем же способом в течение всего этого времени.
Миниатюра на тему бубонной чумы в Библии XV века
Смертность от чёрной оспы составляет до 40%, но выздоровевшие люди теряют зрение полностью или частично, на коже остаются рубцы от язв. Болезнь вызывают два вида вирусов Variola major и Variola minor, причём летальность последней составляет 1-3%. Вирусы передаются от человека человеку без участия животных, как в случае с чумой. Болезнь, вызывающая множество язв на теле — пустул, была известна с начала нашей эры.
Вакцинация от оспы. Иллюстрация 1820 года.
Метод попал в Европу к 1718 году, его привезла супруга британского посла в Константинополе. После опытов над преступниками и сиротами оспу привили семье британского короля, а затем — другим людям в более массовом порядке. Прививка давала 2% смертности, тогда как натуральная оспа убивала в десятки раз больше людей. Но была и проблема: сама прививка иногда вызывала эпидемии. Позже оказалось, что сорок лет вариоляции вызвали на 25 тысяч смертей больше, чем чёрная оспа за такой же период до начала применения этого метода.
В конце XVI века учёные обнаружили, что коровья оспа, проявляющаяся в виде пустул у коров и лошадей, предохраняет человека от заражения чёрной оспой. Кавалерия гораздо реже страдала от оспы, чем пехота. Гораздо реже умирали от заболевания доярки. Впервые публичное прививание коровьей оспы состоялось в 1796 году, тогда восьмилетний мальчик Джемс Фиппс получил иммунитет, и привить натуральную человеческую оспу через полтора месяца ему не удалось. Солдат и моряков в 1800 года стали прививать в обязательном порядке, а в 1807 году Бавария стала первой страной, где прививка была обязательной для всего населения.
Для прививки материал из оспины у одного человека переносился на другого человека. Вместе с лимфой переносили сифилис и другие заболевания. В итоге решили в качестве исходного материала спользовать оспины телят. В XX веке вакцину стали высушивать, чтобы сделать её устойчивой к температуре. До этого приходилось использовать в том числе детей: чтобы доставить из Испании в Северную и Южную Америку оспы для вакцины, в начале XIX века использовали 22 детей. Двоим прививали оспу, и после появления пустул заражали следующих двоих.
Болезнь не обошла стороной Российскую Империю, она истребляла людей с 1610 года в Сибири, от неё погиб Пётр II. Первую в стране прививку сделали в 1768 году Екатерине II, решившей подать подданным пример. Ниже — родовой герб дворянина Александра Маркова-Оспенного, получившего дворянство за то, что с его руки был взят материал для прививки. В 1815 году был образован специальный оспопрививательный комитет, следивший за составлением список детей и подготовку специалистов.
В РСФСР декрет об обязательных прививках от оспы ввели в 1919 году. Благодаря этому решению количество заболевших значительно снижалось с течением времени. Если в 1919 году зарегистрировали 186 тысяч больных, то в 1925 году — 25 тысяч, в 1935 году — чуть больше 3 тысяч. К 1936 году натуральную оспу в СССР ликвидировали полностью.
В XX веке в Америке, Азии и Европе от оспы умерли до 500 миллионов человек. Последний раз заражение оспой регистрировали 26 октября 1977 года в Сомали. О том, что болезнь побеждена, Всемирная организация здравоохранения заявила в 1980 году.
Заведующая лабораторией оспенной ововакцины С.С. Маренникова (слева) за работой в боксе. Источник: Роспотребнадзор
На данный момент как чума, так и оспа, остались в основном в пробирках. Заболеваемость чумой, которая до сих пор угрожает некоторым регионам, сократилась до 2,5 тысяч человек в год. Оспа, тысячелетиями передававшаяся от одного человека другому, побеждена более тридцати лет назад. Но угроза остаётся: из-за того, что от этих болезней прививают крайне редко, их легко можно использовать в качестве биологического оружия, что уже делали люди более тысячи лет назад.
В следующих статьях мы поговорим о других болезнях, унёсших жизни десятков и сотен миллионов людей: о холере, тифе, туберкулёзе, марялии, различных штаммах гриппа, проказе и ВИЧ.
Читайте также: