Infekcje zagraniczne • Sergey Glagolev • Popularne zadania naukowe na temat "Elementów" • Biologia

Infekcje zagraniczne

Zadanie

Do niedawna dyskutowano o tym, czy tropikalna malaria jest endemiczną (lokalną) chorobą Ameryki Południowej, czy też przywieziono ją z Afryki wraz z czarnymi niewolnikami. Czy myślisz? które dane mogą być wykorzystane do rozwiązania tego sporu?


Wskazówka 1

Teraz ten spór uważa się za rozwiązany. Zastanów się, jakie dane (uzyskane przy użyciu nowych metod) pojawiły się w ciągu ostatnich 20 lat i pozwoliły nam zakończyć ten spór.


Wskazówka 2

Rod Plasmodium (patogeny malarii) obejmuje około 200 gatunków, z których pięć pasożytuje na ludziach, a pozostałe na innych gatunkach kręgowców. Malaria tropikalna, o której mowa w problemie, spowodowana przez jeden z typu plazmodium. Wiele rodzajów komarów może tolerować ludzką malarię. Anopheles. Zastanów się, w jaki sposób możesz wykorzystać te informacje, aby znaleźć podejście do rozwiązania naszego problemu.


Rozwiązanie

Dziś tropikalna malaria (której czynnikiem sprawczym jest Plasmodium falciparum) w wielu obszarach Ameryki Południowej, oczywiście, jest endemiczną (lub endemiczną) chorobą, to znaczy utrzymuje się w lokalnych populacjach bez napływu zewnętrznych pacjentów. Mam nadzieję, że stało się jasne, że jest to kwestia czasu przenikania malarii do Ameryki Południowej: czy stało się to po odkryciu Nowego Świata przez Europejczyków i rozpoczęciu handlu niewolnikami lub przed tymi wydarzeniami?

Wszyscy uważają, że miejscem narodzin tropikalnej malarii jest Afryka. Jest to poparte wieloma faktami.

1. Najbliższy krewny Plasmodium falciparum P. reichenowi – pasożyt afrykańskich małp człekokształtnych. Ponadto ostatnio okazało się, że P. falciparum pasożytuje na gorylach, szympansach i bonobo. Inne naczelne nie są chore na naturę w tych "humanoidalnych" typach malarii (patrz ryc. 1).

Ryc. 1. Uproszczone drzewo filogenetyczne niektórych typów plasmodii. Nasz bohater, P. falciparum, mogą zarażać nie tylko ludzi i goryle, ale także szympansy i bonobo. U afrykańskich małp, jak się okazało, kilka bardziej bliskich gatunków pasożytów jest pasożytniczych. Bliski związek P. falciparum z patogenami ptasiej malarii nie potwierdzają aktualne dane. Obraz z nature.com

2. Genetyczna różnorodność ludzkich linii P. falciparum (podobnie jak różnorodność genetyczna ludzi) jest największy w Afryce i stopniowo maleje wraz z odległością od niego. Zwykle największa różnorodność genetyczna jest charakterystyczna dla centrum pochodzenia gatunku, gdzie istnieje najdłużej (choć oczywiście inne czynniki mogą na niego wpływać).

3. Wiele szkodliwych mutacji, które chronią nosice heterozygotyczne przed tropikalną malarią, osiąga wysokie częstotliwości w Afryce i / lub w najbliżej położonych regionach Azji. Oznacza to, że również tutaj ta choroba od dawna stanowi ważny czynnik selekcji.

4. Afrykańskie gatunki komarów (Anopheles) (Anopheles) "Zaostrzony" do przenoszenia malarii z osoby na osobę, ponieważ wolą ludzi od wszystkich innych ofiar. Ich "wskaźnik antropofilny" (prawdopodobieństwo, że ugryzą one osobę przy następnym pobraniu krwi) osiągnie 80-100%. W innych częściach świata zazwyczaj nie osiąga 50%. To również zdaje się wskazywać na długą wspólną ewolucję pasożyta i jego dwóch żywicieli, komarów i ludzi.

Tak więc tropikalna malaria przybyła z Afryki na inne kontynenty. Ale kiedy i jak dotarło to do Nowego Świata? Zasadniczo istnieją trzy główne scenariusze. Po pierwsze – dotarła tam z północnej Eurazji podczas pierwotnej migracji ludzi do Ameryki. Na pierwszy rzut oka ten scenariusz jest fantastyczny – uważa się, że tropikalna malaria trwa nie dłużej niż 1,5-2 lat, a w tym czasie, na tle raczej zimnego klimatu, pacjent prawie nie mógł dotrzeć do obszaru przez Beringię, gdzie anophele mogą przenosić malarię. Ale tak naprawdę P. falciparum czasami żyje się z pacjentem przez 10-13 lat, więc wciąż możesz sobie wyobrazić, jak osoba zarażona może podróżować dwa lub trzy tysiące kilometrów wzdłuż zachodniego wybrzeża Ameryki Północnej i "przyprowadzić" jego patogen do odpowiednich nosicieli. Drugim, znacznie bardziej prawdopodobnym scenariuszem jest przenikanie malarii do Ameryki Północnej lub Południowej podczas transoceanicznych kontaktów sprzed czasów prekolumbijskich. Wreszcie trzecią opcją jest przenikanie tropikalnej malarii po "odkryciu" Ameryki przez Europejczyków (i nie tylko afrykańskich niewolników, ale także samych Europejczyków, którzy mogliby ją wprowadzić, ponieważ tropikalna malaria była szeroko rozpowszechniona w basenie Morza Śródziemnego).

Z jakiegoś powodu wielu archeologów i historyków chciało znaleźć malarię w Ameryce prekolumbijskiej (widocznie jako dowód prekolumbijskich kontaktów ze Starym Światem). Ale dowód jego obecności był w rzeczywistości bardzo mały. W niektórych pracach zgłoszono jednak obecność patogenów malarii (nie tropikalnych) w mumiach epoki przedkolumbijskiej w wieku 1700 lat. Wykryto je przeciwciałami. Nie znalazłem żadnych prac potwierdzających to za pomocą współczesnych metod molekularnych (być może dlatego, że ze względu na polityczną poprawność trudniej było studiować mumie).

Kolejny argument – stosowanie przez Indian Indian kory cynch w leczeniu malarii – jest bardzo słabo uzasadniony. Europejczycy dowiedzieli się o drzewie chininy 150-200 lat po odkryciu Ameryki, jezuici przywieźli go do Europy jako lek przeciwmalaryczny, a oni, całkiem możliwe, odkryli jego działanie przeciwmalaryczne. Indianie, przed kontaktem z Europejczykami, najwyraźniej używali kory. Ale za co – jest nieznany. Nie wiadomo też, od kiedy to się zaczęło – podczas wykopalisk nie znaleziono śladów kory. Nie ma wzmianki o drzewie cynobowym ani chorobach z objawami malarii w zachowanych źródłach pisanych Inków. Dodatkowym argumentem historycznym przeciwko malarii "prekolumbijskiej" jest to, że Europejczycy niewiele cierpieli na infekcje w początkowym okresie rozwoju Ameryki. Jak wiadomo, z importowanych infekcji wyginęła tylko miejscowa ludność. Podczas tworzenia równikowej Afryki wszystko było dokładnie odwrotnie: Europejczycy umierali jak muchy z powodu malarii i żółtej febry.

Być może głównym argumentem przeciwko wczesnej penetracji malarii w Ameryce, którą można było przedstawić do niedawna, jest niemal całkowity brak wariantów genetycznych wśród lokalnych (indyjskich) grup etnicznych, które zwiększają odporność na malarię.Ale teraz genetyka samych plazmazji położyła kres tej kłótni. W ostatnim obszernym badaniu badano populacje. P. falciparum z różnych części Afryki, gdzie sprowadzano niewolników z różnych części Ameryki Południowej – miejsca, w których zostali zabrani (patrz E. Yalcindag i in., 2012. Wiele niezależnych introdukcji Plasmodium falciparum w Ameryce Południowej). Ustalono, że prawie wszystkie populacje amerykańskie zostały niedawno oddzielone od populacji afrykańskich. Ciekawy nowy wynik – że były dwa płozy. Jedna linia Plasmodii przeniknęła z Afryki do dawnego imperium hiszpańskiego (przez Zachodnie Indie i terytorium współczesnego Meksyku i Kolumbii), a druga do dawnego imperium portugalskiego, na terytorium współczesnej Brazylii. Nie znaleziono śladów starożytnych izolowanych populacji plasmodium. Więc wciąż niewolnicy …


Posłowie

Po prostu, biorąc pod uwagę opinie naukowców na temat historii chorób, można wyróżnić dwie skrajne pozycje. Według pierwszej, wszystkie "ludzkie" choroby powstały niedawno i zostały przekazane człowiekowi z udomowionych zwierząt podczas rewolucji neolitycznej, a nawet później. Całkiem konsekwentnie trzyma ten pogląd D. Diament w jego słynnej książce "Broń, mikroby i stal". W jednym z tabel przytacza dane, z których wynika, że ​​ludzie rzekomo dostali malarię od kur i kaczek, a także gruźlica i ospa od krów.Diament nie jest zbyt winny: pod koniec lat 90., w momencie publikacji pierwszego wydania książki, wielu naukowców tak właśnie uważało (chociaż istnieją inne punkty widzenia, o których Diament milczy).

Drugą skrajnością jest założenie, że wszystkie pasożyty (w tym wirusy i bakterie) ewoluowały wraz z gospodarzami. Zgodnie z tą koncepcją, rozbieżność między gatunkami plazmodyjnymi, na przykład bonobo i szympansami, powinna nastąpić około 2-3 miliony lat temu (podczas oddzielania tych blisko spokrewnionych gatunków) oraz plazmidem ludzkim i szympansim, 5-6 milionów lat temu.

Obie te skrajne opinie okazały się niepoprawne. Tak więc okazało się, że patogen najbliższy wirusowi ospy ludzkiej nie jest wirusem krowianki, lecz wirusem jednego z gatunków afrykańskich gryzoni. Gruźlica narodziła się jako współczesna ludzka choroba z powodu zakażenia "proto-gruźlicą" gdzieś w Afryce co najmniej 70 000 lat temu (być może znacznie wcześniej) i została przeniesiona z człowieka na pradawne krowy i inne zwierzęta kopytne, a nie odwrotnie.

Pojawienie się plagi było całkowicie nieoczekiwane (zgodnie z "najnowszymi danymi naukowymi"). Ten niesamowity mikrob pojawił się, podobno, zaledwie około 10 000 lat temu, ale bez żadnego związku z pojawieniem się rolnictwa, synantropijnych gryzoni i populacji ludzi o dużej gęstości.Pochodzi z gatunku przodków (czynnik wywołujący jersiniozę), najprawdopodobniej u świstaków w Azji Środkowej. Głównym nabytkiem tego drobnoustroju był plazmid, na którym kodowana była proteaza białkowa Pla (patrz Daniel L. Zimbler i wsp., 2015. Wczesne pojawianie się Yersinia pestis jako ciężkiego patogenu układu oddechowego, a także Czarna śmierć. Opowiadanie o tym, jak nieszkodliwe bakterie stał się bezlitosnym mordercą). Dzięki temu białku bakteria uzyskała zdolność do namnażania się w płucach, a dzięki późniejszemu substytucji pojedynczego aminokwasu w tym białku – do rozprzestrzeniania się z płuc w całym ciele ludzkim.

Ludzie otrzymywali tropikalną malarię nie ze zwierząt domowych, ale ze swoich najbliższych krewnych – nie przez rozbieżność pasożyta przodków, ale przez pojedynczą zmianę gospodarza. Pochodzenie i historia rozprzestrzeniania się chorób ludzkich to kwitnący obszar. W miarę doskonalenia metod molekularnych w tym obszarze fakty szybko się akumulują, a teorie zmieniają się równie szybko. Około roku 2010, w odstępie dosłownie kilku miesięcy, konsekwentnie publikowano artykuły uzasadniające przekazanie P. falciparum człowiek od szympansów, bonobo i goryli. Ten ostatni punkt widzenia zatriumfował, ponieważ najlepiej go uzasadniono – w szczególności przez ilość badanego materiału (patrz ryc. 2).

Ryc. 2 Okazało się, że wszystkie ludzkie linie P. falciparum – gatunek jednej z linii tego gatunku, pasożytujący na goryle. Obraz z nature.com

Ale kiedy nastąpiło to przejście, to znaczy kiedy wystąpiła "ludzka" malaria? Okazuje się, że nadal nie ma dokładnej odpowiedzi na to pytanie. Trudno jest skalibrować "zegar molekularny" zgodnie z dostępnymi danymi (pojawiające się problemy są jasno opisane w artykule F. Prugnolle i wsp., 2011. Świeże spojrzenie na pochodzenie złośliwego czynnika wywołującego malarię). Szacunki wahają się od około 10 000 lat do 300 000 lat lub więcej. Równie tajemnicza jest historia osadnictwa. P. falciparum w Eurazji. W niektórych artykułach zakłada się, że osiedlił się równolegle z wczesnymi migracjami człowieka, czyli 70 000-50 000 lat temu. Jednym z argumentów przemawiających za tym punktem widzenia jest zmniejszająca się różnorodność genetyczna ludzi i plazmonodii w miarę oddalania się od Afryki. Inni autorzy uważają, że każda "natywnie lokalna" populacja ludzi w Eurazji nabyła "swoją" malarię po osiedleniu się na "własnym" terytorium (patrz na przykład artykuł przeglądowy R. Cartera i KN Mendisa. Ewolucyjne i historyczne aspekty ciężaru malarii ). Główny argument – wiele mutacji związanych z odpornością na malarię, w różnych populacjach jest częścią różnych haplotypów. Oznacza to, że zostały nabyte niezależnie, a nie odziedziczone po wspólnych afrykańskich przodkach. Ogólnie rzecz biorąc, biolodzy molekularni będą mieli więcej do zrobienia.Co dziwne, oba punkty widzenia mogą być poprawne (pomyśl dlaczego).

I wreszcie – na temat praktycznego znaczenia wszystkich tych "gier umysłowych", takich jak na przykład badanie lektyki goryli w celu wyizolowania plazmodowego DNA. Dwie rzeczy są prawie oczywiste. Najważniejsze – raz w populacjach dzikich naczelnych stale obecne P. falciparum, zdolna do infekowania ludzi, będzie wcześnie, aby mówić o całkowitej eliminacji malarii, nawet jeśli możliwe jest wyleczenie wszystkich chorych. Ponadto odsetek malarii wśród szympansów i goryli był wyjątkowo wysoki. Oznacza to, że nawet w małych i bardzo odizolowanych populacjach tropikalna malaria może się skutecznie rozprzestrzeniać. A to z kolei może rzucić nowe światło na jej historię.


Like this post? Please share to your friends:

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