14世纪，一种单一的细菌 导致了毁灭性的大规模死亡，至今仍是人类历史上最具破坏性的事件之一。鼠疫耶尔森氏菌——引发 鼠疫 的细菌——通过调整其毒性和杀死宿主所需的时间，得以存活数个世纪。尽管具有如此强的毒性，但一些形式的鼠疫最终还是灭绝了。现在，科学家们已经详细记录了鼠疫耶尔森氏菌中一个基因是如何使其如此适应的。相关研究结果发表在5月29日出版的《科学》杂志上。
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鼠疫速成课
根据 克利夫兰诊所 的说法，鼠疫有三种类型。你患的是哪种取决于鼠疫耶尔森氏菌在你体内的哪个部位。腺鼠疫感染淋巴结，败血症型鼠疫存在于血液中，而肺炎型鼠疫则影响肺部。
鼠疫耶尔森氏菌本身是一种具有深远历史根源的细菌，它在有记载的人类历史上曾引起三次大规模瘟疫。
公元500年代中期的 查士丁尼瘟疫 是人类历史上第一次有记载的鼠疫大流行。它以当时拜占庭皇帝查士丁尼一世的名字命名，并摧毁了地中海地区。死亡人数估计在 2500万至1亿人 之间。它杀死了 君士坦丁堡（今伊斯坦布尔）约40%的人口，当时那里是世界上最重要的文化和政治中心。
它最终导致了第二次鼠疫大流行——14世纪的 黑死病。黑死病仍然是人类历史上记载中最致命的瘟疫，导致欧洲、西亚和非洲30%至50%的人口死亡。该疾病在500多年的时间里以数波的形式重新出现，并以这种形式持续到1840年。
第三次鼠疫大流行 于1855年在中国开始，并一直持续到今天。 抗生素 在治疗该疾病方面发挥了重要作用，但在马达加斯加和刚果民主共和国的部分地区，该疾病的影响仍然存在，这些地区定期报告病例。
最初查士丁尼瘟疫的菌株在 给欧洲和中东地区造成300年严重破坏后灭绝了。导致黑死病的菌株起源于受感染的啮齿动物，然后分化为两个主要谱系。这两个谱系之一是当今菌株的祖先，而另一个菌株在欧洲几个世纪以来重新出现，并在19世纪初灭绝。
“这是最早直接研究一种我们至今仍在研究的古代病原体变化的研究之一，目的是了解驱动瘟疫的毒性、持续性和/或最终灭绝的因素，”该研究的合著者、麦克马斯特大学（加拿大）的分子进化遗传学家和生物人类学家Hendrik Poinar 在一份声明中 说道。
pla 基因
在 这项新研究 中，研究团队使用了来自古代和现代鼠疫受害者的数百个样本。他们筛选了样本中一个 被称为pla的基因。这个基因有助于鼠疫耶尔森氏菌在不被淋巴结察觉的情况下穿过人体的免疫系统，然后扩散到身体的其他部位。
基因分析显示，在后期的鼠疫爆发中，其 拷贝数——即细菌中pla基因的总数——实际上有所减少。这使得死亡率降低了约20%，同时延长了感染时间。宿主通常在死亡前存活时间更长。根据研究团队的说法，这些研究是在 对鼠疫小鼠模型进行的。
当pla基因处于原始的高拷贝数状态时，疾病的毒性要强得多。它杀死了所有宿主，而且速度非常快。
此外，研究团队还 pinpoint 了 现代和古代菌株的轨迹 之间的相似性。在第一次和第二次鼠疫大流行的后期，以及在从越南发现的第三次大流行中的三个样本中，这些菌株都独立进化出了对pla基因的相似性减少。
在公元500年代的查士丁尼瘟疫和黑死病中，这种进化变化发生在 第一次爆发后约100年。研究团队认为，当基因拷贝数下降，并且 受感染的老鼠 存活时间更长时，这些啮齿动物就能传播更远的感染。这种传播有助于确保病原体的繁殖成功。
“pla基因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解释道。“重要的是要记住，鼠疫是老鼠的瘟疫，老鼠是流行病和瘟疫的驱动者。人类是意外的受害者。”
由于数量众多且靠近人类，城市中的黑鼠 可能充当了“放大宿主”。由于这些黑鼠本身对鼠疫耶尔森氏菌高度敏感，因此病原体需要老鼠种群保持足够高的数量，才能提供新的宿主供鼠疫耶尔森氏菌生存，并维持自然瘟疫的循环。
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寻找“大海捞针”
然而，那些没有pla基因的鼠疫菌株最终灭绝了。这可能反映了其环境中宿主-病原体关系的另一种变化。
当研究团队在 巴黎巴斯德研究所大型收藏品 中保存的第三次鼠疫大流行样本中寻找pla基因耗竭的迹象时，他们发现了三个具有pla基因耗竭的当代菌株。病原体为了应对更多宿主的死亡而演变出的毒性降低，可能导致了早期鼠疫大流行的消退。
“得益于我们监测全球鼠疫疫情的国际合作者，我们得以找到用于此项目的独特细菌样本，这就像大海捞针一样，”该研究的合著者、专攻鼠疫的巴斯德研究所微生物学家Javier Pizarro-Cerdá在声明中 说道。
尽管发生了这种进化，但非洲、南美洲和亚洲一些国家流行的菌株大多仍然具有很强的毒性。
“如今，鼠疫是一种罕见的疾病，但它仍然是一个公共卫生问题，并为我们提供了对瘟疫如何出现和灭绝的广泛理解，”Javier Pizarro-Cerdá说。“这个例子说明了病原体为了有效地从一个宿主传播到另一个宿主，可以在毒性上取得平衡。”
