鼠疫的起源可以追溯到新石器时代，最古老的致病病原体鼠疫耶尔森氏菌来自距今约5000年前的人类骨骼。在瘟疫史上，六世纪晚期的查士丁尼瘟疫和中世纪晚期的所谓黑死病尤为突出。

它们显然是由鼠疫杆菌引起的，据估计，欧洲部分地区多达一半的人口因此而死亡。虽然几个世纪以来，规模较小、区域性有限的鼠疫疫情在不同大陆反复发生，但第三次鼠疫大流行发生在19世纪中叶至20世纪初。

起初，它主要影响亚洲，以印度为重点，随后蔓延到全球。它已确认约1500万人死亡，是人类历史上最致命的流行病之一。如今，鼠疫仍在局部地区发生，如果不立即用抗生素治疗，几乎总是致命的。

数千年来，鼠疫耶尔森氏菌通过基因的获得和丢失，进化成了多种菌株。世界各地的研究人员正在研究鼠疫耶尔森氏菌的进化，以更多地了解历史上大流行的原因以及鼠疫继续造成的危险。

特别是，他们正在研究病原体的遗传特征，这些特征与传播、地理分布和疾病严重程度等有关。在一项新研究中，基尔大学和普伦马克斯·普朗克进化生物学研究所(MPI-EB)的一个研究小组检查了从新石器时代到现代大流行的古​​代和现代鼠疫耶尔森氏菌基因组。

由MPI-EB和基尔大学研究组组长DanielUnterweger博士以及基尔大学临床分子生物学研究所(IKMB)的AlmutNebel和BenKrause-Kyora教授领导的研究人员发现，鼠疫耶尔森氏菌必须具有在中世纪和现代大流行之间，一种新的遗传元件被称为YpfΦ原噬菌体，它与病原体的毒力(即致病作用)有关。

原噬菌体产生的蛋白质与其他病原体(例如霍乱病原体)的某些毒素非常相似。基尔大学基尔进化中心(KEC)等机构的研究人员最近与欧登塞南丹麦大学(SDU)的同事一起在《英国皇家学会学报B：生物科学》杂志上发表了他们的研究结果。

新的遗传元件增加了病原体的毒力

基尔研究小组通过与SDU法医学系的合作获得了基因样本，该系管理来自丹麦各个博物馆的骨骼材料。在这个具体案例中，科学家们检查了11世纪至16世纪埋葬在丹麦两个教区墓地的42具遗骸。

对样本中包含的遗传信息进行了测序，并将其中包含的鼠疫耶尔森氏菌基因与可追溯到新石器时代、中世纪和现代时期的其他已发表的基因组进行了比较。

“之前的研究表明，在其进化早期，病原体缺乏通过跳蚤有效传播所需的基因组成，而跳蚤是当今黑死病的典型特征。在其进化过程中，鼠疫耶​​尔森氏菌获得了显着的毒力水平，该论文的第一作者JoannaBonczarowska博士说：“这导致了后来人类历史上一些最致命的流行病的爆发。”她在博士论文研究中进行了这项研究。在国际马克斯普朗克进化生物学研究院(IMPRS)的支持下，在IKMB进行了研究。

“在我们的研究中，我们表明19世纪之前所有已知的鼠疫耶尔森菌株都缺乏某种遗传元件，即YpfΦ原噬菌体，”Bonczarowska说。

原噬菌体可能是通过横向基因转移从环境中获取的。该遗传信息影响病原体的毒力，即感染引起的疾病的严重程度。与没有YpfΦ的菌株相比，具有原噬菌体的鼠疫耶尔森菌株所需的致死剂量显着降低。因此，这种新遗传元件的吸收可以为鼠疫耶尔森氏菌在现代鼠疫大流行期间提供优势。

自中世纪以来毒力的增加是如何产生的?

原噬菌体导致现代鼠疫病原体毒力增加的机制尚未得到详细研究。先前的研究表明，这种新的遗传信息可以帮助病原体感染远离原始感染部位的身体组织。在寻找这种机制的过程中，基尔研究人员检查了由相关新DNA编码的所有蛋白质。他们发现其中一种蛋白质与其他病原体中已知的毒素非常相似。

“这种蛋白质在结构上与闭锁小带毒素(ZOT)相似，后者促进受感染细胞之间有害物质的交换，并对粘膜和上皮细胞产生破坏作用。这种联系首先在霍乱病原体中发现，它会导致霍乱病原体典型的胃肠炎症状，”Bonczarowska解释道。因此，基尔研究人员希望在未来更仔细地研究鼠疫耶尔森氏菌中的这种ZOT样蛋白，因为它为鼠疫病原体在当前和最近的毒力增加提供了合理的解释。

进一步研究鼠疫和其他病原体的进化

鼠疫耶尔森氏菌如此迅速的进化加剧了它继续构成的大流行威胁。“获得新的遗传元素可能会带来新的感染症状。这些误导性的疾病迹象可能会导致鼠疫难以及时诊断，从而延误对生存至关重要的快速治疗，”Unterweger强调。“此外，鼠疫病原体的某些菌株已经对各种抗生素表现出耐药性，这进一步加剧了这种疾病的巨大潜在危险，”Unterweger继续说道。

这项工作的一个重要方面也是新发现的与其他细菌物种的相似之处，因为在其他细菌中也发现了与YpfΦ高度相似的遗传元件。这些发现为它们未来向毒力增强的进化提供了线索。

总体而言，研究结果强调，利用aDNA研究数百年甚至数千年前的历史疾病进化，可以为现代科学和医学应用提供大量知识。克劳斯-基奥拉总结道：“了解病原体在过去如何增加其危害性，有时是通过跳跃式进化，将有助于我们检测该疾病的新形式并预防未来新的流行病。”

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