Paaiškėjo, kad įprastinė žarnyno bakterija vos dėl kelių mutacijų tapo bakterija, sukėlusia baisiausias žmonijos istorijoje epidemijas.

Maras. Liga, kurią sukelia bakterija Yersinia pestis, pernešama dažniausiai blusų. Norėtųsi manyti, kad tai – tik senovės ir viduramžių istorijos vadovėliuose aprašyta siaubo istorija, tačiau taip nėra. Iki šių dienų pasitaiko vienas-kitas šios ligos atvejis.

Istorijos knygose aprašomi šios bakterijos „žygdarbiai“ yra net siaubingi. Justiniano maras (541-543 m.) išžudė beveik pusę Viduramžio jūros regiono žmonių. Vidruamžių Juodoji mirtis nusinešė trečdalio Europos gyventojų gyvybes. Bet tik dabar mokslininkai pradeda aiškintis stebėtiną genetinę maro istoriją.

Keletas atradimų paeiliui atskleidė, kad vos keletas genetinių pokyčių ir tai šen, tai ten pakitusi baltymų struktūra, beveik visiškai nekaltą žarnyno bakteriją pavertė pandemija, kuri kėlė grėsmę visos žmonijos išlikimui.

Naujausias iš šių tyrimų buvo publikuotas birželį. Jo autoriai nustatė, kad bakterija Yersinia pestis, gavusi vos vieną geną, pavadintą pla, tuo pačiu įgijo gebėjimą sukelti plaučių uždegimą. O tai savo ruožtu reiškia, kad ligos forma tapo tokia sunkia, jog praktiškai kiekvienam užsikrėtusiam žmogui ji buvo mirtina – nebent jis būtų gydomas antibiotikais. O jeigu tokį bakterijos žudymo efektyvumą sujungtume su faktu, kad tai yra lengviausia plintanti mokslui žinoma bakterija – suprastume, kad tai yra tikrų tikriausias giltinės įsikūnijimas.

„Yersinia pestis yra ganėtinai kietas patogenas. Pakanka vos vienos bakterijos, kad pelėms būtų sukelta liga. Sunku įsivaizduoti didesnį virulentiškumą“, – sakė Šiaurinės Arizonos universiteto (JAV) mikrobiologas Paulas Keimas. Manoma, kad visi genetiniai Yersinia pestis pokyčiai įvyko evoliuciniu požiūriu santykinai neseniai – kažkada prieš 1 500-20 000 metų. Bet pati bakterija galimai egzistavo dar iki modernaus žmogaus, kaip rūšies, atsiradimo.

Oregono valstijos universiteto biologas George'as Poinaras Jr. Ant 20 mln. metų senumo blusos, užkonservuotos gintare, straubliuko aptiko į Yersinia pestis panašių bakterijų – mokslininkas įtaria, kad tai yra viduramžiais siautusio maro „promotės“. Bakterijos nepavyko identifikuoti neginčijamai – tikėtina, kad tai apskritai niekada nepavyks – bet kur kas tolimesnius laikus menantis Juodosios mirties protėvis gali padėti nustatyti pirmuosius bakterijos žudikiškos evoliucijos žingsnius ir galbūt netgi tiksliai nustatyti taškus, kuriuose įvyko mirtiniausi genetiniai pokyčiai.

Pasivaikščiojimas su blusomis

Visais laikais, kai tekdavo patirti maro rykštę, žmonės bandė išsiaiškinti, iš kur jis atkeliavo. Panašu, kad maras laikėsi banguoto ciklo – staiga ir netikėtai sukeldavo galingas pandemijas, o po kurio laiko pamažu atsitraukdavo ir negrįždavo netgi šimtais metų. Staigus, atrodytų, savaime įvykstančių mirčių žmonėms kėlė labai daug klausimų. O atsakymų variantų buvo įvairiausių – ir netgi antgamtiškų.

Bet tikroji tiesa buvo kur kas nuobodesnė už Dievo įtūžį dėl nuodėmingo gyvenimo ar velnio išdaigą. Pastaraisiais metais atlikti genetiniai tyrimai rodo, kad maro protėvis yra kilęs iš santykinai nežalingo žarnyno patogeno Yersinia pseudotuberculosis, sukeliančio tik nestiprų viduriavimą.

„Kai kurie žmonės net nepastebi kai užsikrečia šia bakterija. Yersinia pestis gali jus nužudyti vos per tris dienas, o skirtumui tarp viduriavimo ir mirties atsirasti teprireikė kelių mutacijų“, – sakė Šiaurės vakarų universiteto (JAV) biologas Wyndhamas Lathemas, visą savo karjerą tyrinėjantis maro bakterijas.

Be to, visi šie pokyčiai įvyko ne taip jau seniai. Visai neseniai mokslininkai palygino divejų skirtingų pandemijų maro bakterijas. Iš Londono maro aukų kapinių išgautos bakterijos pasirodė esančios praktiškai identiškos bakterijoms, rastoms Vokietijoje esančiuose kapuose, menančiuose Justiniano maro laikus. Be to, šiuolaikinės maro bakterijos taip pat yra beveik be variacijų. Tai rodo, kad skirtingos Yersinia pestis atmainos neturėjo laiko savo genome sukaupti reikšmingo mutacijų kiekio.

„Ši rūšis yra tokia nauja, kad tarp jos atmainų nelabai yra genetinių skirtumų, net lyginant su iš senovinių kapinių surinktomis bakterijomis“, – sakė JAV Nacionalinio alergijų ir infekcinių ligų instituto mokslininkas Joe Hinnebuschas.

Mirtinus ginklus ši bakterija atrado tik prieš kelis tūkstančius metų. Kokie gi tie mirtini ginklai? 2004 metais tarptautinė mokslininkų grupė publikavo pirmą pilną maro protėvio Yersinia pseudotuberculosis genetinę seką. Lygindami ją su Yersinia pestis genetine seka jie nustatė, kad dauguma skirtumų buvo vadinamosios neutralios mutacijos – pokyčiai, kurie nekeitė Yersinia pestis savybių.

Išsiskyrė vos keli nedideli pokyčiai. Pirmasis Yersinia pestis bakterijoms suteikė neriboto galiojimo bilietą skraidyti visų infekcijų mėgiamiausiomis avialinijomis – blusomis. Yersinia pseudotuberculosis negali plisti panaudojant blusas kaip vektorių, todėl tai yra kur kas mažiau užkrečiama bakterija už „modernesnį“ maro sukėlėją.

J. Hinnebuschas parodė, kodėl: Yersinia pseudotuberculosis yra blusoms mirtina bakterija, sukelianti viduriavimą, pragaišinantį beveik pusę blusų. Yersinia pestis bakterijomis užsikrėtusios blusos patiria tik šiokių tokių nepatogumų. Norėdami nustatyti, kas tiksliai sukelia blusų infekciją, J. Hinnebuschas su kolege Iman Chouikha susmulkino Yersinia pseudotuberculosis į mažiausius gabalėlius ir sumaitino blusoms. Gaišo tik tos blusos, kurios ragavo bakterijos apsauginio sluoksnio. Vadinasi, tai buvo nuodingoji bakterijų dalis.

Vėlesnis detektyvinis mokslininkų darbas, aprašytas 2014 metų „Proceedings of the National Academy of Sciences“ žurnale, išaiškino, kad kaltininkas yra bakterijos baltymas, pavadintas ureaze. Y. pseudotuberculosis turi šio baltymo geną, bet dėl Y. pestis mutacijos ureazės gamyba sustabdoma. Kai I. Chouikha ir J. Hinnebuschas į Y. pestis genomą įterpė veikiantį ureazės genomą, o tokiomis modifikuotomis bakterijomis užkrėtė blusas, jos susirgo taip pat sunkiai, kaip ir nuo Y. pseudotuberculosis.

„Tai parodo, kokių mažų pokyčių pakanka dramatiškam poveikiui“, – sakė J. Hinnebusch.

Vaistas nuo krešėjimo

Bakterijų vektoriaus „atradimas“ – tik dalis kelio į tikrai mirtiną infekciją. Kol J. Hinnebusch vykdė ureazės geno tyrimus, W. Lathemas bandė išsiaiškinti, kaip kitas mažas genetinis pokytis marui suteikė galimybę įveikti vieną pagrindinių organizmo gynybinių barjerų – kraujo krešėjimą.

Kai blusa perkanda odą, organizmas reaguoja pradėdamas vietinį kraujo krešėjimo procesą, kuris sustabdo kraujavimą ir skatina gijimą. Jeigu į tokį krešulį patenka maro bakterija, ji neturi galimybės dauginti ir plisti giliau į naują organizmą.

W. Lathemas parodė, kad Y. pestis turi geną pla, kurio neturi šios bakterijos protėviai. Šis genas koduoja baltymą, padedantį ištirpinti krešulius. Kai krešulio nėra, bakterijai suteikiami laisvi keliai daugintis ir keliauti iki artimiausio limfmazgio, kur prigaminami milijardai tos pačios bakterijos kopijų.

W. Lathemo tyrimas, publikuotas žurnale „Science“, parodė, kad pla genas yra reikalingas pneumoniniam marui – maro formai, kuri gali būti perduodama iš žmogaus žmogui ir kuri gali nužudyti greičiau nei per 24 valandas. Tačiau W. Lathemas nežinojo, ar vien pla pakanka, kad maro bakterija būtų mirtina.

Atsakymo į šį klausimą jis ieškojo lygindamas naujesnes bakterijos atmainas su senesnėmis, kurios cirkuliavo Kinijos ir Centrinės Azijos aukštumų žiurkėse – manoma, kad būtent iš šių regionų atkeliavo mirtį nešanti bakterija. Šiuose regionuose aptikta tarpinė bakterijos versija, evoliucijos kelyje esanti tarp Y. pseudotuberculosis ir Y. pestis.

Svarbu tai, kad šioje atmainoje nebuvo pla geno. Kai W. Lathemas ir jo kolega Danielis Zimbleris patikrino senovines bakterijos atmainas be pla geno, jie nustatė, kad šios bakterijos negali sukelti pneumoninio maro. Tačiau pridėję pla geną ir nekeisdami likusio genomo mokslininkai pastebėjo, kad nauja mirtina „funkcija“ atsirado. Savo tyrimo aprašymą mokslininkai birželį publikavo žurnale „Nature Communications“.

„Aptikome pačią ankstyviausią būseną, kurioje Y. pestis galėjo sukelti kvėpavimo takų ligą. Vos įgijus pla geną, bakterijos galėjo greitai augti ir sukelti plaučių uždegimą“, – sakė W. Lathemas.

Bet Y. pestis ne šiaip gavo pla geną, o dar ir jį šiek tiek modifikavo. Atsitiktinė mutacija pakeitė vos vieną pla baltymo aminorūgštį, kas daug kartų padidino bakterijos virulentiškumą, nes leido prasiskverbti gerokai giliau į organizmą. O jau organizmo viduje bakterija įgyja laisvę daugintis ir taip padidinti tikimybę persimesti kitam žmogui – ar nusikosėjus užkrėstajam, ar blusai pernešus infekciją.

Tokios išvaizdos visiškai pakeitė mokslininkų turėtą nuomonę apie pneumoninio maro išsivystymą. Buvo manyta, kad gebėjimas sukelti plaučių uždegimą buvo visai neseniai įgytas Y. pestis mirtino repertuaro priedas, tačiau W. Lathemo darbas parodo, kad pla geną ir gebėjimą sukelti plaučių uždegimą Y. pestis įgijo jau labai seniai, tik be mutacijos, smarkiai padidinusios bakterijos virulentiškumą, jos sukeliamos epidemijos buvo lokalios ir nė iš tolo neprilygo Juodajai mirčiai.

„Mūsų darbas rodo, kad ši pla mutacija yra vienas iš esminių maro vystymosi įvykių. Jau gerokai iki tol bakterija gebėjo sukelti stiprų plaučių uždegimą, bet kai tik išmokta sukelti invazinę ligą, bakterijos grėsmingumas smarkiai išaugo“, – sakė mokslininkas.

Nors šiomis dienomis dėl patobulėjusios kenkėjų kontrolės, pagerėjusios higienos ir atsiradusių antibiotikų didžiulių maro protrūkių nebebūna, dar negalima pasakyti, kad liga yra išnaikinta – žmonės kartkartėmis vis dar užsikrečia maru. Bet maro kelias nuo nestipraus viduriavimo iki beveik garantuotos mirties yra ženklas, kad vos po kelių mutacijų žmonijai vėl gali tekti susidurti su milžiniška pandemija.

Komentarai (0)