Столбнячная палочка из шеститысячелетней мумии вызвала паралич у мыши

Анализ генетической базы данных Национального центра биотехнологической информации позволил ученым обнаружить фрагменты геномов клостридий, отсеквенированных вместе с ДНК древних людей. Им удалось собрать 24 генома столбнячной палочки, а также обнаружить два ранее неизвестных вида клостридий. Кроме того, ученые показали, что вариант гена tent, кодирующего производство столбнячного нейротоксина, который ранее отсеквенировали из образца шеститысячелетней мумии южноамериканской культуры Чинчорро, способен вызвать паралич у мышей. Препринт этой работы доступен на сервисе bioRxiv.

Столбнячная палочка (Clostridium tetani) представляет собой вид грамположительных бактерий, относящихся к роду клостридии, в который также входят возбудители гангрены (C. perfringens), псевдомембранозного колита (C. difficile) и ботулизма (C. botulinum). Как и следует из названия, столбнячная палочка выступает возбудителем столбняка — острого инфекционного заболевания, сопровождающегося поражением нервной системы, напряжением скелетной мускулатуры и генерализованными судорогами (подробнее о болезни в нашем тексте «На меня напал столбняк»).

Человек сталкивается с этим крайне опасным патогеном с древности, о чем свидетельствуют сведения из письменных источников: сочинения Гиппократа (около 380 года до нашей эры) и древнеегипетский папирус Эдвина Смита (около 1550 года до нашей эры). Это неудивительно, поскольку бактерия очень широко распространена, а ее основным природным источником выступает почва. При попадании в организм через рану возбудитель начинает вырабатывать столбнячный токсин, состоящий из двух фракций: тетаноспазмин (нейротоксин, за производство которого отвечает ген tent) и тетанолизин.

Географическое происхождение древних образцов
Harold Hodgins et al. / bioRxiv, 2023

Харольд Ходжинс (Harold Hodgins) из Университета Уотерлу совместно с коллегами из Дании, Канады, США и Японии исследовал генетическую базу данных Национального центра биотехнологической информации с помощью недавно разработанного инструмента STAT (Sequence Taxonomic Analysis Tool). В этой базе они обнаружили 136 примеров последовательностей, характерных для столбнячной палочки. Причем 76 из них содержались в образцах древней ДНК, извлеченной из 38 человеческих зубов и костей. Среди них оказались, в частности, зубы коренных жителей Канарских островов (VII–XI века нашей эры), зубы жителя доисторической Японии периода Дзёмон (около 1044 года до нашей эры), древнеегипетские мумии (примерно 1879 год до нашей эры — 53 год нашей эры), а также мумии южноамериканской культуры Чинчорро ( примерно 3889 год до нашей эры).

Ученые отметили, что 24 собранных генома на 96,4–99,7 процента идентичны эталонному геному столбнячной палочки. По данным исследователей, это позволяет считать их одним видом. Филогенетический анализ показал, что по одному образцу относятся к кладам 1B и 1F, по девять — к кладам 1H и 2. Оставшиеся четыре генома группируются также в пределах клады 1, но вне ранее выделенных линий.

Однако не все собранные геномы попали в рамки изменчивости столбнячной палочки. Исследование восьми вариантов показало, что они относятся к ранее неизвестному виду, который предварительно ученые назвали Clostridium sp. X. Примечательно, что семь из восьми этих образцов происходят из Европы. Их отсеквенировали вместе с древней ДНК людей, живших около 2253 годов до нашей эры — 1787 года нашей эры. Причем среди них оказались жертвы чумы, а также человек, пострадавший от туберкулеза. Еще один вариант, прочитанный при анализе ДНК человека с Канарских островов, который жил около 935 года нашей эры, исследователи отнесли к ранее неизвестному виду Clostridium sp. Y.

Отдельное внимание ученые уделили гену tent, который отвечает за производство столбнячного нейротоксина. Последовательность нуклеотидов этого гена больше всего отличалась от эталонного в образце, извлеченном из кости мумии возрастом около шести тысяч лет, относящейся к культуре Чинчорро. Эксперименты показали, что, несмотря на многочисленные замены, этот ген кодирует активный столбнячный нейротоксин, который при попадании в организм мыши вызвал паралич.