Starożytne genomy ujawniają pochodzenie i rozprzestrzenianie się malarii
Malaria, jedna z najbardziej śmiercionośnych chorób zakaźnych na świecie, jest wywoływana przez kilka gatunków jednokomórkowych pasożytów przenoszonych poprzez ukąszenie zakażonej osoby. Widliszek komary. Pomimo szeroko zakrojonych wysiłków w zakresie kontroli i zwalczania tej choroby, prawie połowa światowej populacji w dalszym ciągu mieszka w regionach, w których jest zagrożona zarażeniem się malarią, a Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że malaria jest przyczyną prawie 250 milionów infekcji i ponad 600 000 zgonów rocznie.
Oprócz tego ogromnego współczesnego wpływu malaria silnie ukształtowała naszą ewolucyjną historię człowieka. „Chociaż obecnie jest to w dużej mierze choroba tropikalna, zaledwie sto lat temu zasięg patogenu obejmował połowę powierzchni lądowej świata, w tym części północnych Stanów Zjednoczonych, południowej Kanady, Skandynawii i Syberii” – mówi główna autorka Megan Michel, doktorantka w Max Planck-Harvard Research Center Archaeoscience of the Ancient Mediterranean, wynik współpracy badawczej pomiędzy Instytutem Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka a Inicjatywą na rzecz Nauki o Przeszłości Człowieka na Uniwersytecie Harvarda. „Dziedzictwo malarii jest zapisane w naszych genomach: uważa się, że warianty genetyczne odpowiedzialne za wyniszczające choroby krwi, takie jak niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, utrzymują się w populacjach ludzkich, ponieważ nadają częściową odporność na zakażenie malarią”.
Chcesz więcej najświeższych wiadomości?
Subskrybuj Sieci technologicznecodzienny biuletyn, dostarczający codziennie najświeższe informacje naukowe bezpośrednio do Twojej skrzynki odbiorczej.
Subskrybuj ZA DARMO
Pomimo tego wpływu ewolucyjnego, pochodzenie i rozprzestrzenianie się dwóch najbardziej śmiercionośnych gatunków pasożytów malarii, Plasmodium falciparum I Plasmodium vivax, pozostają owiane tajemnicą. Zakażenia malarią nie pozostawiają wyraźnych, widocznych śladów w ludzkich szczątkach szkieletowych, a skąpe wzmianki w tekstach historycznych mogą być trudne do rozszyfrowania. Jednak ostatnie postępy w dziedzinie starożytnego DNA ujawniły, że ludzkie zęby mogą zachować ślady patogenów obecnych we krwi danej osoby w chwili śmierci, zapewniając możliwość badania chorób, które zwykle są niewidoczne w zapisach archeologicznych.
Aby zbadać zagadkową historię malarii, międzynarodowy zespół badaczy reprezentujących 80 instytucji i 21 krajów zrekonstruował starożytne Plazmodium dane dotyczące całego genomu od 36 osób zakażonych malarią z 5500 lat historii ludzkości na pięciu kontynentach. Te starożytne przypadki malarii dają bezprecedensową okazję do zrekonstruowania ogólnoświatowego rozprzestrzeniania się malarii i jej historycznego wpływu w skali globalnej, regionalnej, a nawet indywidualnej.
Podążanie za biomolekularnymi okruchami chleba w obu Amerykach
Malaria jest obecnie chorobą endemiczną w tropikalnych regionach obu Ameryk, a naukowcy od dawna debatują, czy tak jest P. vivax, gatunek malarii przystosowany do przetrwania w klimacie umiarkowanym, mógł przedostać się przez Cieśninę Beringa wraz z zaludnieniem kontynentu lub podróżować w następstwie europejskiej kolonizacji. Aby prześledzić podróż pasożytów do obu Ameryk, zespół przeanalizował starożytność DNA od osoby zakażonej malarią z Laguna de los Cóndores, miejsca położonego na dużej wysokości w odległych lasach mglistych we wschodnich peruwiańskich Andach.
Analiza genomu ujawniła niezwykłe podobieństwo między Laguna de los Cóndores P. vivax szczep i starożytny europejski P. vivax, co zdecydowanie sugeruje, że europejscy kolonizatorzy rozprzestrzenili ten gatunek do obu Ameryk mniej więcej w pierwszym wieku po kontakcie. „Na skutek działań wojennych, zniewolenia i wysiedleń ludności choroby zakaźne, w tym malaria, w okresie kolonialnym wyniszczyły rdzenną ludność obu Ameryk, a w niektórych miejscach wskaźnik śmiertelności sięgał 90 procent” – mówi współautorka Evelyn Guevara, specjalistka ds. pracownik naukowy ze stopniem doktora na Uniwersytecie Helsińskim i Instytucie Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka.
Co ciekawe, zespół odkrył także powiązania genetyczne między odmianą Laguna de los Cóndores a współczesną peruwiańską odmianą P. vivax populacji 400–500 lat później. „Oprócz wykazania, że malaria szybko rozprzestrzeniła się na obecnie stosunkowo odległy region, nasze dane sugerują, że patogen tam rozkwitł, tworząc ognisko endemiczne i dając początek pasożytom, które do dziś zakażają ludzi w Peru” – mówi współautorka Eirini Skourtanioti, badaczka ze stopniem doktora w Instytucie Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka i Centrum Badawczym Maxa Plancka-Harvarda Archaeoscience of the Ancient Mediterranean.
Malaria maszeruje w Europie
Chociaż rola kolonializmu w rozprzestrzenianiu się malarii jest oczywista w obu Amerykach, zespół odkrył działania wojskowe, które ukształtowały regionalne rozprzestrzenianie się malarii po drugiej stronie Atlantyku. Cmentarz przy gotyckiej katedrze św. Rombouta w Mechelen w Belgii znajdował się w sąsiedztwie pierwszego stałego szpitala wojskowego (1567-1715 n.e.) w nowożytnej Europie. Starożytne DNA człowieka i patogenu zidentyfikowało lokalne przypadki P. vivax wśród ogółu populacji pochowanych przed budową szpitala wojskowego, natomiast wśród osób pochowanych po jego budowie znalazły się przypadki bardziej zjadliwe P. falciparum malaria. „Najciekawsze jest to, że obserwujemy więcej przypadków malarii u nielokalnych mężczyzn z okresu pobytu w szpitalu wojskowym” – wyjaśnia współautorka Federica Pierini, badaczka ze stopniem doktora w Instytucie Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka. „Zidentyfikowaliśmy także kilka osób zakażonych P. falciparumgatunku, który przed wytępieniem kwitł w klimacie śródziemnomorskim, ale w tym okresie nie uważano go za gatunek endemiczny na północ od Alp”.
Te zjadliwe przypadki wykryto u nielokalnych osobników płci męskiej o różnym pochodzeniu śródziemnomorskim, którzy prawdopodobnie byli żołnierzami rekrutowanymi z północnych Włoch, Hiszpanii i innych regionów śródziemnomorskich do walki w armii Habsburgów we Flandrii podczas wojny 80-letniej. „Odkryliśmy, że ruchy wojsk na dużą skalę odegrały ważną rolę w rozprzestrzenianiu się malarii w tym okresie, podobnie jak przypadki tak zwanej malarii lotniskowej w dzisiejszej Europie o klimacie umiarkowanym” – wyjaśnia Alexander Herbig, kierownik grupy ds. patogenomiki obliczeniowej w Max Planck Instytut Antropologii Ewolucyjnej. „W naszym zglobalizowanym świecie zarażeni podróżnicy są nosicielami Plazmodium pasożyty z powrotem do regionów, w których malaria została już wyeliminowana, a komary zdolne do przenoszenia tych pasożytów mogą nawet prowadzić do przypadków ciągłego przenoszenia lokalnego. Chociaż obraz infekcji malarią w Europie jest dziś radykalnie inny niż 500 lat temu, widzimy podobieństwa w sposobie, w jaki mobilność ludzi kształtuje ryzyko malarii”.
Handel w Himalajach i zaskakująca infekcja na dużych wysokościach
Po drugiej stronie świata zespół nieoczekiwanie zidentyfikował najwcześniejszy znany przypadek P. falciparum malaria w wysokogórskim Himalajach Chokhopani (ok. 800 r. p.n.e.), położonym wzdłuż doliny rzeki Kali Gandaki w dystrykcie Mustang w Nepalu. Miejsce to, położone na wysokości 2800 metrów nad poziomem morza, leży daleko poza zasięgiem siedlisk zarówno pasożyta malarii, jak i Widliszek komar. „Region otaczający Chokhopani jest zimny i dość suchy” – powiedziała współautorka Christina Warinner, profesor antropologii na Uniwersytecie Harvarda i kierownik grupy w Instytucie Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka. „Ani pasożyt, ani komary zdolne do przenoszenia malarii nie są w stanie przetrwać na tej wysokości. Dla nas nasuwało się to kluczowe pytanie: w jaki sposób Chokhopani zaraził się malarią, która mogła ostatecznie doprowadzić do jego śmierci?”
Analiza genetyczna człowieka wykazała, że zakażonym osobnikiem był lokalny mężczyzna z genetycznymi przystosowaniami do życia na dużych wysokościach. Jednakże dowody archeologiczne w Chokhopani i innych pobliskich miejscach sugerują, że te populacje Himalajów były aktywnie zaangażowane w handel na duże odległości. „Dzisiaj uważamy te regiony za odległe i niedostępne, ale w rzeczywistości dolina rzeki Kali Gandaki służyła jako rodzaj transhimalajskiej autostrady łączącej ludzi na Wyżynie Tybetańskiej z subkontynentem indyjskim” – mówi współautor Mark Aldenderfer, wybitny profesor Emerytowany pracownik Uniwersytetu Kalifornijskiego w Merced, którego wykopaliska w regionie ujawniły jego dalekosiężne powiązania handlowe. „Miedziane artefakty odzyskane z komór grobowych Chokhopaniego dowodzą, że starożytni mieszkańcy Mustanga byli częścią większej sieci wymiany obejmującej północne Indie i nie trzeba podróżować bardzo daleko, aby dotrzeć do nisko położonych, słabo osuszonych regionów Nepalu i Indyjskie Terai, gdzie malaria jest dziś chorobą endemiczną.” Zespół uważa, że mężczyzna prawdopodobnie udał się do położonego niżej regionu endemicznego malarii, prawdopodobnie w celach handlowych lub innych, zanim wrócił lub został przywieziony z powrotem do Chokhopani, gdzie później został pochowany. Intymne szczegóły ujawnione przez starożytne DNA dają wskazówki dotyczące niezliczonych sposobów rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych, takich jak malaria, w przeszłości, dając początek obecnemu krajobrazowi chorób.
Przeszłość i przyszłość dynamicznej choroby
Obecnie ludzkie doświadczenie malarii znajduje się na rozdrożu. Dzięki postępom w zwalczaniu komarów i skoordynowanym kampaniom na rzecz zdrowia publicznego w 2010 roku liczba zgonów z powodu malarii osiągnęła najniższy w historii poziom. Jednakże pojawienie się pasożytów odpornych na leki przeciwmalaryczne i wektorów opornych na środki owadobójcze grozi odwróceniem dziesięcioleci postępu, podczas gdy zmiany klimatyczne i niszczenie środowiska czynią nowe regiony podatnymi na gatunki wektorów malarii. Zespół ma nadzieję, że starożytne DNA może stanowić dodatkowe narzędzie do zrozumienia, a nawet zwalczania tego zagrożenia dla zdrowia publicznego.
„Po raz pierwszy możemy zbadać starożytną różnorodność pasożytów z regionów takich jak Europa, gdzie malaria została już wyeliminowana” – mówi starszy autor Johannes Krause, dyrektor ds. archaeogenetyki w Instytucie Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka. „Widzimy, jak mobilność i przesiedlenia ludności szerzyły malarię w przeszłości, podobnie jak współczesna globalizacja sprawia, że kraje i regiony wolne od malarii są obecnie podatne na ponowne wprowadzenie malarii. Mamy nadzieję, że badanie starożytnych chorób, takich jak malaria, otworzy nowe okno na zrozumienie organizmów, które w dalszym ciągu kształtują świat, w którym żyjemy”.
Odniesienie: Michel M, Skourtanioti E, Pierini F i in. Starożytne genomy Plasmodium rzucają światło na historię ludzkiej malarii. Natura. 2024. doi: 10.1038/s41586-024-07546-2
Artykuł ten został ponownie opublikowany na podstawie następujących materiałów. Uwaga: materiał mógł zostać zmieniony pod względem długości i treści. Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z cytowanym źródłem. Można uzyskać dostęp do naszej polityki publikowania komunikatów prasowych Tutaj.
