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科学家已经证实，导致鼠疫的细菌——鼠疫耶尔森氏菌中的单个基因如何通过调整其毒性和杀死受害者所需的时间，使其存活数百年，但这些形式的鼠疫最终都消失了。
科学家已经证实，导致鼠疫的细菌——鼠疫耶尔森氏菌——中的单个基因能够通过调整其毒性和杀死受害者所需的时间长度，使其存活数百年，但这些形式的鼠疫最终还是消失了。
麦克马斯特大学和法国巴斯德研究所的研究人员今天在《科学》杂志上发表的一项研究解答了与流行病有关的一些基本问题：它们如何进入人类群体、引起严重疾病并进化出不同程度的毒性以在人群中存活？
黑死病至今仍是人类历史上最致命的流行病，据估计，它在传播至欧洲、西亚和非洲的过程中，夺走了这些地区30%至50%的人口的生命。它于14世纪出现，并在500多年的时间里一波波地卷土重来，一直持续到1840年。
黑死病是由导致查士丁尼瘟疫的同一种细菌引起的，查士丁尼瘟疫是第一次鼠疫大流行，爆发于公元500年代中期。第三次鼠疫大流行始于1855年的中国，至今仍在持续。如今，其致命影响已得到抗生素的更多控制，但在马达加斯加和刚果民主共和国等地区仍然存在，这些地区经常报告病例。
“这是首次直接研究古代病原体变化的研究之一，这种病原体我们至今仍能看到，旨在了解是什么导致了流行病的毒性、持续性和/或最终灭绝，”该研究的共同资深作者Hendrik Poinar说。
查士丁尼瘟疫的毒株在肆虐欧洲和中东地区300年后灭绝。第二次大流行的毒株源自受感染的啮齿动物种群，引发了黑死病，之后分化成两个主要谱系。其中一个谱系是所有现代毒株的祖先。另一个谱系在欧洲持续了几个世纪，最终在19世纪初灭绝。
研究小组利用来自古代和现代鼠疫患者的数百个样本，筛查出一种名为pla 的基因，它是鼠疫耶尔森菌的一种高拷贝成分，可帮助其在不被察觉的情况下穿过免疫系统到达淋巴结，然后扩散到身体的其他部位。
一项广泛的基因分析显示，该细菌的拷贝数（即其PLA基因总数）在该疾病后期爆发时有所减少，这反过来又使其死亡率降低了20%，并延长了感染时间，这意味着宿主在死亡前可以存活更长时间。这些研究是在鼠疫小鼠模型上进行的。
相反，当pla基因处于其原始的高拷贝数时，疾病的毒性会更强，会杀死每个宿主，而且速度更快。
科学家们还发现现代和古代毒株的发展轨迹之间存在惊人的相似性，它们在第一次和第二次大流行的后期以及迄今为止在越南发现的第三次大流行的三个样本中都独立地演化出了类似的PLA减少。
无论是查士丁尼瘟疫还是黑死病，其进化变化都发生在首次爆发后约100年。科学家认为，当基因拷贝数下降，受感染的老鼠寿命延长时，它们就能将感染传播到更远的地方，从而确保病原体的成功繁殖。
“鼠疫的减少可能反映了啮齿动物和人类种群规模和密度的变化，”Poinar解释说。“重要的是要记住，鼠疫是老鼠的流行病，而老鼠是流行病和大流行病的驱动因素。人类只是意外的受害者。”
城市中的黑鼠由于数量众多且与人类距离较近，很可能充当了“扩增宿主”。由于黑鼠对鼠疫耶尔森菌高度敏感，这种病原体需要鼠类数量保持足够高才能为鼠疫耶尔森菌提供新的宿主，从而使其得以存活，从而使疫情周期得以持续。
然而，pla减少的菌株最终灭绝了，这可能反映了其环境中宿主-病原体关系的另一次转变。
当研究人员在巴斯德研究所收藏的大量第三次大流行样本中寻找耗竭的迹象时，他们发现了三种当代菌株的pla耗竭。
“感谢我们的国际合作者，他们监测了世界各地的鼠疫局部疫情，我们才得以找到用于该项目的独特细菌样本，就像大海捞针一样，”该研究的共同资深作者、耶尔森氏菌研究中心和巴斯德研究所世卫组织鼠疫合作中心主任Javier Pizarro-Cerdá)说。
该研究的共同主要作者、Pizarro-Cerdá 指导的博士后研究员 Guillem Mas Fiol 补充说，该研究所收藏了世界上最丰富的现代 鼠疫耶尔森菌 分离株之一。
他说：“我们研究中最有趣的方面之一是有可能探索首次在灭绝的鼠疫菌株中观察到的特征，并且首次可以在活的当代细菌菌株中进行实验测试。”
“虽然我们的研究揭示了鼠疫进化史上一个有趣的模式，但今天在非洲、南美和印度继续传播的大多数菌株都是毒性更强的菌株，这些菌株曾经造成过大量死亡，”该研究的共同主要作者、麦克马斯特古代 DNA 中心的博士生 Ravneet Sidhu 说。
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