Культурный переход к сельскому хозяйству связан с появлением адаптированных к человеку патогенов

Культурный переход к сельскому хозяйству связан с появлением адаптированных к человеку патогенов
        

Используя геномы Salmonella enterica извлеченные из человеческих скелетов в возрасте 6500 лет, международная команда исследователей иллюстрирует эволюцию человеческого патогена и предоставляет первые древние свидетельства ДНК в поддержку гипотезы о том, что культурный переход от фуражирования к фермерству способствовал появлению адаптированных к человеку патогенов, которые сохраняются до сегодняшнего дня.

Революция неолита и соответствующий переход к сельскохозяйственному и скотоводческому образу жизни представляют собой одно из величайших культурных изменений в истории человечества, и уже давно предполагалось, что это также могло дать возможность появления адаптированных к человеку заболеваний. , Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution под руководством Феликса М. Ки, Александра Хербига и Йоханнеса Краузе из Института естествознания имени Макса Планка, изучало человеческие останки, раскопанные в Западной Евразии и реконструировало восемь древних Salmonella enterica геномы – все они являются частью родственной группы в гораздо большем разнообразии современного S. enterica. Эти результаты освещают то, что, вероятно, являлось серьезной проблемой для здоровья в прошлом, и показывают, как этот бактериальный патоген эволюционировал в течение 6500 лет.

Поиск древних патогенов

Большинство патогенных микроорганизмов не оказывают длительного воздействия на скелет, что может затруднить идентификацию пострадавших археологов. Чтобы выявить прошлые заболевания и восстановить их историю, исследователи обратились к генетическим методам. Используя недавно разработанный бактериальный скрининг конвейер под названием HOPS, Ки и его коллеги смогли преодолеть многие проблемы поиска древних патогенных микроорганизмов в данных метагеномики.

Благодаря нашим недавно разработанным методологиям мы смогли просканировать тысячи археологических образцов на наличие следов ДНК Salmonella . "

Александр Хербиг, Институт естествознания Макса Планка

Исследователи исследовали в общей сложности 2739 древних человеческих останков, в конечном итоге реконструировав восемь геномов Salmonella до 6500 лет – старейших реконструированных бактериальных геномов на сегодняшний день. Это подчеркивает врожденную трудность в области исследования древних патогенов, так как сотни образцов человека часто требуются для восстановления только одного микробного генома. Геномы в текущем исследовании были восстановлены путем взятия образцов из зубов умершего. Присутствие S. enterica в зубах этих древних людей свидетельствует о том, что они страдали от системного заболевания в момент смерти.

Люди, чьи останки были исследованы, были из разных мест, расположенных от России до Швейцарии, представляющих различные культурные группы, от поздних охотников-собирателей до кочевых скотоводов и ранних фермеров. «Этот широкий спектр во времени, географии и культуре позволил нам впервые применить молекулярную генетику, чтобы связать эволюцию патогена с развитием нового образа жизни человека», – объяснил Хербиг.

«Процесс неолита» предоставил возможности для эволюции патогена

С введением одомашненных животных, расширением контакта с экскрементами человека и животных и резким изменением подвижности, давно выдвигается гипотеза о том, что «неолитизация» – переход к сидячему образу жизни в сельском хозяйстве – обеспечивает более постоянный и повторяющийся воздействие патогенных микроорганизмов и, следовательно, появление новых заболеваний. Однако до текущего исследования не было прямых молекулярных доказательств.

«Древняя метагеномика обеспечивает беспрецедентное окно в прошлое болезней человека», – говорит ведущий автор Феликс М. Ки, ранее работавший в Институте естествознания имени Макса Планка, а теперь в Массачусетском технологическом институте. «Теперь у нас есть молекулярные данные, чтобы понять возникновение и распространение патогенов тысячи лет назад, и удивительно, как мы можем использовать высокопроизводительную технологию для решения давних вопросов об эволюции микробов».

Люди, свиньи и происхождение Paratyphi C

Исследователи смогли определить, что все шесть геномов сальмонеллы полученных от скотоводов и фермеров, являются прародителями штамма, который специфически заражает людей, но редко встречается в настоящее время, Paratyphi C . Однако эти древние сальмонеллы вероятно, еще не были приспособлены к людям, и вместо этого инфицировали людей и животных, что свидетельствует о том, что культурные обычаи, однозначно связанные с процессом неолитизации, способствовали появлению этих прародителей и впоследствии специфичных для человека болезни. Ранее предполагалось, что этот штамм Salmonella распространился от одомашненных свиней к людям около 4000 лет назад, но обнаружение штаммов-предшественников у людей более 5000 лет назад предполагает, что они могли распространяться от людей к свиньям. Однако авторы приводят доводы в пользу более умеренной гипотезы, согласно которой сальмонелла, специфичная как для человека, так и для свиньи эволюционировала независимо от неспецифических предшественников в разрешающей среде тесного контакта человека и животного.

«Потрясающие возможности древней ДНК позволяют нам исследовать инфекционные микробы в прошлом, что иногда подчеркивает болезни, которые сегодня большинство людей не считают серьезными проблемами со здоровьем», – говорит Йоханнес Краузе, директор Институт Макса Планка Науки о человеческой истории.

Настоящее исследование позволяет ученым получить представление об изменениях в заболевании с течением времени и в различных культурных контекстах человека. «Мы начинаем понимать генетику адаптации хозяина в Salmonella – говорит Ки, – и мы можем перевести эти знания в механистическое понимание появления заболеваний, адаптированных к человеку и животным».

Ученые надеются, что текущее исследование осветит возможности этих методов и что будущие исследования будут дополнительно изучать пути, которые человеческая культурная эволюция повлияла и стимулировала эволюцию адаптированных к человеку заболеваний.

        

Источник:

Ссылка на журнал:

Ки, Ф.М., и др. (2020) Появление адаптированной к человеку Salmonella enterica связано с процессом неолита. Природа Экология и эволюция . doi.org/10.1038/s41559-020-1106-9.

      

Source link