Zimné infekcie • Sergey Glagolev • Populárne vedecké úlohy na "prvkoch" • Biológia

Infekcia v zámorí

úloha

Až donedávna sa diskutovalo o tom, či tropická malária je endemická (lokálna) choroba pre Južnú Ameriku, alebo či bola priniesla z Afriky spolu s čiernymi otrokmi. Myslíš si ktoré z nich dá sa tento problém vyriešiť?


Tip 1

Tento spor sa teraz považuje za vyriešený. Premýšľajte o tom, aké údaje (získané pomocou nových metód) sa objavili v posledných 20 rokoch a umožnili nám ukončiť tento spor.


Tip 2

druh Plasmodium (patogény malárie) zahŕňa asi 200 druhov, z ktorých päť je parazitických na ľudí a zvyšok na iných druhoch stavovcov. Tropická malária, o ktorej sa hovorí v probléme, spôsobená jedným z typov plazmodia. Mnoho druhov komárov môže tolerovať ľudskú maláriu. Anopheles, Zvážte, ako môžete tieto informácie použiť na nájdenie prístupu k riešeniu nášho problému.


rozhodnutie

Dnes je tropická malária (ktorej pôvodca je Plasmodium falciparum) v mnohých oblastiach Južnej Ameriky je samozrejme endemická (alebo endemická) choroba, to znamená, že pretrváva v miestnom obyvateľstve bez prílivu vonkajších pacientov. Dúfam, že je zrejmé, že je to otázka času prenikania malárie do Južnej Ameriky: stalo sa to po objavení Nového sveta Európami a začiatku obchodovania s otrokmi alebo pred týmito udalosťami?

Všetci veria, že rodiskom tropickej malárie je Afrika. To je potvrdené mnohými faktami.

1. Najbližší relatívny Plasmodium falciparum P. reichenowi – parazitom afrických veľkých opíc. Navyše sa to nedávno ukázalo P. falciparum parazitizuje gorily, šimpanzy a bonobá. Iné primáty nie sú známe ako choré s prírodou v týchto "humanoidných" typoch malárie (pozri obrázok 1).

Obr. 1. Zjednodušený fylogenetický strom niektorých typov plazmód. Náš hrdina, P. falciparum, môžu infikovať nielen ľudí a gorily, ale aj šimpanzy a bonobá. Na afrických opiciach sa ukázalo, že niekoľko blízkych druhov plazmód je parazitických. Úzke vzťahy P. falciparum s patogénmi vtáčej malárie nie sú potvrdené súčasnými údajmi. Obrázok z nature.com

2. Genetická rozmanitosť ľudských línií P. falciparum (rovnako ako genetická rozmanitosť ľudí) je najväčšia v Afrike a postupne klesá s odstupom od nej. Zvyčajne je najväčšia genetická rozmanitosť charakteristická pre centrum pôvodu druhu, kde existuje najdlhšia doba (aj keď ho môžu ovplyvniť aj iné faktory).

3. Mnohé škodlivé mutácie, ktoré chránia heterozygotné nosiče tropickej malárie, dosahujú vysoké frekvencie v Afrike a / alebo v najbližších regiónoch Ázie. To znamená, že aj tu táto choroba dlho pôsobí ako dôležitý výberový faktor.

4. Africké druhy komárov (Anopheles) "Zaostrené" na prenos malárie z človeka na človeka, pretože uprednostňujú ľudí pred všetkými ostatnými obeťami. Ich "antropofilný index" (pravdepodobnosť, že uhryznú osobu pri nasledujúcom krviprelievaní) dosahuje 80-100%. V iných častiach sveta zvyčajne nedosahuje 50%. Zdá sa, že to tiež naznačuje dlhý spoločný vývoj parazita a jeho dvoch hostiteľov, komárov a ľudí.

Takže tropická malária pochádza z Afriky na iné kontinenty. Ale kedy a ako prenikol do nového sveta? V podstate existujú tri hlavné scenáre. Najprv sa dostala zo severnej Eurázie počas primárnej migrácie ľudí do Ameriky. Na prvý pohľad je tento scenár fantastický – predpokladá sa, že tropická malária trvá nie viac ako 1,5-2 rokov a počas takejto doby, na pozadí pomerne studenej klímy, je pravdepodobné, že pacient nedosiahne priestor cez Beringiu, kde anopheles môžu prenášať maláriu. Ale naozaj P. falciparum niekedy žije u pacienta až 10 až 13 rokov, takže si môžete stále predstaviť, ako môže infikovaná osoba cestovať dva alebo tritisíce kilometrov pozdĺž západného pobrežia Severnej Ameriky a "priniesť" svojho patogénu vhodným nosičom. Druhým, oveľa pravdepodobnejším scenárom je prenikanie malárie do severnej alebo južnej Ameriky počas predkolumbijských transeekanických kontaktov. Napokon, treťou možnosťou je prenikanie tropickej malárie po "objave" Ameriky Európami (a mohlo by to priniesť nielen africkí otroci, ale aj samotní Európania, keďže tropická malária bola rozšírená v Stredomorí).

Z nejakého dôvodu si mnohí archeológovia a historici chceli nájsť maláriu v predkolumbovskej Amerike (zjavne ako dôkaz predkolumbijských kontaktov so Starým svetom). Ale dôkaz o jeho prítomnosti bol skutočne veľmi málo. V niektorých dielach však bolo hlásené prítomnosť patogénov malárie (nie tropických) v múmach predkolumbovskej éry vo veku 1700 rokov. Boli detegované pomocou protilátok. Nenašiel som žiadne práce, ktoré by to potvrdili pomocou moderných molekulárnych metód (možno jedným z dôvodov bolo, že bolo ťažšie študovať múmie kvôli politickej korektnosti).

Ďalším argumentom – používaním kôry cinchona indiánmi na liečbu malárie – je veľmi zle opodstatnené. Európania sa dozvedeli o quiniovom strome 150 až 200 rokov po objavení Ameriky. Jezuité ju priviedli do Európy ako protipalárna droga a oni celkom pravdepodobne objavili jej antimalarický účinok. Indiáni, pred kontaktom s Európanmi, zjavne použili kôru. Ale za čo – nie je známe. Nie je známe ani od začiatku – počas výkopov neboli nájdené žiadne stopy kôry. Neexistuje žiadna zmienka o stromu cinchona alebo chorobách s príznakmi malárie v prežívajúcich písomných zdrojoch Inkov. Ďalší historický argument proti prítomnosti "predkolumbovskej" malárie spočíva v tom, že Európania netrpeli infekciami v počiatočnom období vývoja Ameriky. Z importovaných infekcií, ako je známe, vyhynulo len miestne obyvateľstvo. Pri vývoji rovníkovej Afriky bolo všetko presne naopak: Európania zomreli ako muchy z malárie a žltej zimnice.

Snáď hlavným argumentom proti skorému prenikaniu malárie do Ameriky, ktorý by mohol byť nedávno predstavený, je takmer úplná absencia genetických variantov medzi miestnymi (indickými) etnickými skupinami, ktoré zvyšujú odolnosť voči malárii.Ale teraz genetika samotných plazmodií ukončila argument. V nedávnej rozsiahlej štúdii boli študované populácie. P. falciparum z rôznych častí Afriky, z ktorých boli odovzdané otroky a z rôznych častí Južnej Ameriky – miesta, kde boli odobraté (pozri E. Yalcindag a kol., 2012. Viacero nezávislých introdukcií Plasmodium falciparum v Južnej Amerike). Bolo zistené, že takmer všetky americké populácie boli nedávno oddelené od afrických populácií. Zaujímavý nový výsledok – že existovali dva sklzy. Jedna línia Plasmodia prenikla z Afriky do bývalej španielskej ríše (cez Západné Indie a územie moderného Mexika a Kolumbie) a druhá do bývalej portugalskej ríše na územie modernej Brazílie. Neboli nájdené žiadne stopy dávnych izolovaných populácií plazmodia. Takže aj otroci …


Doslov

Jednoducho, vzhľadom na názory vedcov o histórii ochorení, možno rozlíšiť dve extrémne polohy. Podľa prvej, všetky "ľudské" ochorenia vznikli nedávno a boli prenášané človeku z domestikovaných zvierat počas neolitickej revolúcie alebo dokonca neskôr. Dôsledne drží tento názor D. Diamond vo svojej slávnej knihe "Zbrane, mikróby a oceľ." V jednom z tabuliek uvádza údaje, z ktorých vyplýva, že ľudia údajne dostali maláriu od kurčiat a kačiek a tuberkulózy a kiahní od kráv.Diamond nie je príliš vinný: v čase vydania prvého vydania knihy, koncom deväťdesiatych rokov, mnohí vedci to skutočne mysleli (aj keď existovali iné názory, o ktorých Diamond nehovorí).

Druhým extrémom je predpoklad, že všetci paraziti (vrátane vírusov a baktérií) sa vyvinuli spolu s ich hostiteľmi. Podľa tejto koncepcie by sa rozdiel medzi plazmódnymi druhmi, napríklad bonobos a šimpanzi, mal stať pred približne 2-3 miliónmi rokmi (počas oddelenia týchto úzko súvisiacich druhov) a ľudských a šimpanzových plazmód, pred 5 až 6 miliónmi rokov.

Obe tieto extrémne názory sa ukázali byť nesprávne. Takže sa ukázalo, že patogén, ktorý je najbližšie k vírusu ľudskej kiahní, nie je vírus vakcinie, ale vírus jedného z druhov afrických hlodavcov. Tuberkulóza vznikla ako moderná ľudská choroba z "proto-tuberkulóznej" infekcie niekde v Afrike najmenej pred 70 000 rokmi (možno oveľa skôr) a bola prenášaná z ľudských k rodovým kravám a iným kopytníkom skôr ako naopak.

Vzhľad moru bol úplne neočakávaný (podľa "najnovších vedeckých údajov"). Tento hrozivý mikrób sa zrejme objavil iba asi pred 10 000 rokmi, avšak bez akejkoľvek súvislosti so vznikom poľnohospodárstva, synantropických hlodavcov a populácií ľudí s vysokou hustotou.Vznikol z rodových druhov (pôvodca yersiniózy), s najväčšou pravdepodobnosťou v populáciách marmotov v strednej Ázii. Hlavná akvizícia mikróbov sa stala plazmidom, na ktorom je zakódovaná proteínová proteáza Pla (pozri Daniel L. Zimbler a kol., 2015. Prvý vznik Yersinia pestis ako závažného respiračného patogénu, rovnako ako Čierna smrť.) Príbeh o tom, ako neškodná baktéria stal sa nemilosrdným vrahom). Kvôli tomuto proteínu získala baktéria schopnosť množiť sa v pľúcach a v dôsledku následnej substitúcie jednej aminokyseliny v tomto proteíne sa rozšírila z pľúc v ľudskom tele.

Ľudia tiež dostávali tropickú maláriu nie z domácich zvierat, ale od ich najbližších príbuzných – nie prostredníctvom rozdielu predkov parazita, ale prostredníctvom jedinej zmeny hostiteľa. Pôvod a história šírenia ľudských chorôb je prosperujúca oblasť. Keď sa molekulárne metódy v tejto oblasti zlepšujú, fakty sa rýchlo zhromažďujú a teórie sa menia rovnako rýchlo. Okolo roka 2010, v intervale doslova niekoľkých mesiacov, boli konzistentne publikované články, ktoré odôvodňovali prevod P. falciparum muž zo šimpanzov, bonobo a goríl. Druhý pohľad sa triumfoval, pretože to bolo najlepšie odôvodnené – najmä množstvom študovaného materiálu (pozri obrázok 2).

Obr. 2. Ukázalo sa, že všetky ľudské línie P. falciparum – druh jednej z línií tohto druhu, parazitizujúci na gorilí. Obrázok z nature.com

Ale kedy sa uskutočnil tento prechod, teda kedy došlo k "ľudskej" malárii? Ukazuje sa, že na túto otázku ešte stále nie je presná odpoveď. Je ťažké kalibrovať "molekulárne hodiny" podľa dostupných údajov (problémy, ktoré vznikajú, sú jasne opísané v článku F. Prugnolle a kol., 2011. Nový pohľad na pôvod malígneho malarického agens). Odhady sa pohybujú od asi 10 000 rokov do 300 000 rokov alebo viac. Rovnako tajomná je história osídlenia. P. falciparum o Eurázii. V niektorých článkoch sa predpokladá, že sa vyrovnal paralelne so skorými migráciami človeka, to znamená pred 70 000 – 50 000 rokmi. Jedným z argumentov v prospech tohto pohľadu je znižujúca sa genetická rozmanitosť ľudí a plazmód, keď sa premiestňujú z Afriky. Iní autori sa domnievajú, že každá "natively miestna" populácia ľudí v Eurázii nadobudla "vlastnú" maláriu po usadení sa na "vlastnom" území (pozri napríklad článok R. Cartera a KN Mendisa. ). Hlavným argumentom – mnohé mutácie spojené s rezistenciou na maláriu v rôznych populáciách sú súčasťou rôznych haplotypov. Znamená to, že boli nadobudnuté samostatne a neboli zdedené bežnými africkými predkami. Všeobecne platí, že molekulárni biológovia tu budú robiť viac.Zvláštne, obidva hľadiská môžu byť správne (myslieť prečo).

A nakoniec – o praktickom význame všetkých týchto "myšlienkových hier", ako je napríklad štúdium vrhu goríl na izoláciu plazmódnej DNA. Dve veci sú takmer zrejmé. Hlavná vec – raz v populácii divých primátov neustále prítomný P. falciparum, schopní nakaziť ľudí, bude skoro hovoriť o úplnej eradikácii malárie, aj keď je možné vyliečiť všetkých chorých. Navyše percento malárie u šimpanzov a goríl bolo mimoriadne vysoké. To znamená, že aj v malých a veľmi izolovaných populáciách môže byť tropická malária účinne rozšírená. A to zase môže priniesť nové svetlo do svojej histórie.


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

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