Походження прокази

«Проказа». Картина Анджея Троця

Мало яка хвороба має таку похмуру репутацію, як проказа. По-перше, вона спотворює людей не тільки важко, а й дуже різноманітно, часто викликаючи естетичне потрясіння. По-друге, до винаходу в 1943 році специфічної хіміотерапії проказа була практично невиліковна. По-третє, причини прокази довго були таємничі. Ця хвороба як спеціально придумана, щоб створювати враження непередбачуваної «кари Господньої»: вона вражає людей дуже вибірково і притому володіє величезним інкубаційним періодом. До кінця XIX століття серед медиків на повному серйозі йшли дискусії про те, чи заразна проказа взагалі і чи не викликається вона, наприклад, вживанням в їжу риби.

Грецьке слово «лепра», що позначає проказу, увійшло в науковий обіг у III столітті до нашої ери після того, як знамениті сімдесят тлумачників в Олександрії Єгипетській переклали грецькою мовою Старий Завіт. Але, звичайно, ця хвороба була відома людям і раніше. Одним країнам вона дозволяє надовго про себе забути, в інших — розгулюється. На початку XX століття на східній околиці Бельгійського Конго була досить протяжна область, де проказою хворіло 20% населення, тобто кожен п’ятий (Transactions of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene, 1923, 16, 8, 440-464). А в Західній Африці (Французька Гвінея) один час існував район, де вражено було навіть 32% — кожен третій (Annales de médecine et de pharmacie coloniales, 1920, 18, 109-137). У ці цифри важко повірити, але в літературі вони є.

Проказа — складне явище. Вона може бути об’єктом вивчення різних наук, від молекулярної біології до культурології, — досить згадати такі книги, як «Ім’я троянди» Умберто Еко або «Історія божевілля в класичну епоху» Мішеля Фуко.

Однак, знаючи, що ми живемо в еволюціонуючому світі, природно поставити і таке питання: звідки проказа взялася? Або, точніше: де і коли вона виникла?

Геноміка і дедукція

«Про походження прокази» — так називається стаття, опублікована 2005 року міжнародною групою мікробіологів і генетиків на чолі з Марком Моно, співробітником знаменитого Пастерівського інституту в Парижі (Science, 2005, 308, 5724, 1040-1042). Збудник прокази — нерухома бактерія, близька до туберкульозної палички (вони належать до одного роду). Ця бактерія називається Mycobacterium leprae. Вона була відкрита норвежцем Герхардом Хансеном і німцем Альбертом Нейссером ще в 70-х роках XIX століття. А до початку XXI століття її вдалося вивчити досить добре, щоб спробувати вирішити питання про походження прокази методами порівняльної геноміки. Саме за це група Моно і взялася.

Геном збудника прокази був вперше повністю прочитаний у 2001 році. Він досить маленький, навіть за мірками бактеріальних геномів, які завжди невеликі. Цей геном, безсумнівно, пройшов еволюцію в бік спрощення: недарма значна частина генів у ньому перетворилася на псевдогени (так називаються нефункціональні колишні гени, уцілілі, але втратили здатність до всякої активності). Крім того, порівняння різних популяцій M. leprae показує, що внутрішньовидова мінливість її геному — дуже низька, він виключно стійкий в просторі і часі. Знайти в такому геномі мінливі ділянки, на порівняннях яких можна побудувати хоч якісь еволюційні висновки, виявилося не так вже й просто.

Розуміючи це, група Моно зосередилася на найбільш елементарних складових генетичної мінливості: на однонуклеотидних поліморфізмах (single-nucleotide polymorphisms, SNPs), які вдалося знайти в некодуючих ділянках геному. Нагадаємо, що нуклеотиди — це окремі «букви» генетичного коду. У ДНК входить лише чотири типи нуклеотидів, що відрізняються певною функціональною групою, в ролі якої можуть бути аденін (А), тимін (Т), гуанін (Г) або цитозин (Ц). Заміни нуклеотидів у некодуючих ділянках геному не впливають на структуру білків, тому можуть накопичуватися відносно легко. Але у випадку з геномом збудника прокази навіть у таких ділянках дослідникам вдалося вибрати для аналізу всього лише три мінливих локуси (латиною цей термін означає просто-напросто «місце»).

Що ж, навіть скупий матеріал часто дозволяє дізнатися дещо важливе, якщо правильно застосувати дедуктивний метод. Нехай у нас є три однонуклеотидних локуси. Скільки типів нуклеотидів можливо в кожному локусі? Правильно, чотири: А, Т, Г або Ц. Це означає, що повне число можливих тут комбінацій дорівнює 64 (4 третьою мірою).

Перша цінна інформація, отримана дослідниками, полягала в тому, що в реальних популяціях M. leprae з 64 потенційно можливих поєднань присутні всього-на-всього чотири: Ц-Г-А, Ц-Т-А, Ц-Т-Ц і Т-Т-Ц. Це різко спрощує систему вивчення. Залишається тільки зрозуміти, від якої з комбінацій відбулися всі інші.

Таблиця, за допомогою якої можна перевірити наведені в тексті міркування. Чотири рядки відповідають гіпотезам про примітивність будь-якого з чотирьох генетичних типів збудника прокази. У клітинах показано кількість замін, які були б потрібні, щоб кожен реально існуючий тип (чотири стовпчики) вийшов з вихідного. Справа кількість необхідних замін просумована за всіма типами. Чим менше замін, тим правдоподібніша гіпотеза про примітивність даного варіанту

Ось тут і стане в нагоді дедуктивний метод. Перш за все ми бачимо, що в трьох варіантах з чотирьох в першій позиції стоїть Ц (див. таблицю). У сучасних еволюційних дослідженнях (особливо молекулярних) прийнятий так званий принцип парсімонії, згідно з яким при інших рівних завжди слід вибирати ту версію, яка вимагає найменшого числа припущень про незалежні події. В даному випадку це означає, що Ц в першій позиції слід вважати примітивним станом (легко переконатися, що будь-яка інша версія потребує постулювання додаткових замін). Таким чином, четвертий генетичний тип, Т-Т-Ц, з кандидатів на роль найдавнішого поки що виключається.

У другій позиції в трьох варіантах з чотирьох стоїть T. Аналогічним чином слід припустити, що і цей стан примітивно. Тоді з кандидатів на роль найдавнішого виключається ще й перший генетичний тип (Ц-Г-А).

Значить, у самого стародавнього генетичного типу збудника прокази було в першій позиції Ц, а в другій Т. Але Ц-Т-А або Ц-Т-Ц? Примітивність того й іншого варіанту рівномовірна. Роздільна здатність чисто генетичного підходу тут вичерпується.

Однак будь-яка еволюція йде не тільки в абстрактному просторі генотипів, але і в звичайному географічному. Важливу додаткову інформацію можна отримати, наклавши генетичні типи на карту світу. Благо група Моно роздобула зразки бактерій з різних країн Землі.

Для зручності генетичні типи M. leprae були позначені колірним кодом. Перший тип (Ц-Г-А) — «жовтий», другий (Ц-Т-А) — «червоний», третій (Ц-Т-Ц) — «фіолетовий» і четвертий (Т-Т-Ц) — «зелений». Судячи з генетичних міркувань, на роль найдавнішого можуть з рівною ймовірністю претендувати «червоний» і «фіолетовий» типи. А тепер подивимося, що нам говорить їх географічне поширення.

Геноміка зустрічається з географією

Спочатку приведемо сухе зведення отриманих даних.

«Жовтий» тип: Східна Африка (південна частина), Мадагаскар, Індія, Корея, Малайзія, Філіппіни.

«Червоний» тип: Східна Африка (Ефіопія, Малаві), Непал, північний схід Індії.

«Фіолетовий» тип: Північна Африка (Марокко), Західна Європа, велика частина Американських континентів.

«Зелений» тип: Західна Африка (на південь від Сахари), острови Карибського моря, Бразилія.

У Новій Каледонії зустрічаються відразу три типи («жовтий», «червоний» і «фіолетовий»), але це явний наслідок заселення острова різними етнічними групами в колоніальний період, а тому ми можемо на це не відволікатися.

суцільні стрілки — безперечно встановлені, пунктирні — сумнівні), числа — давнину міграцій у роках. Так чисто мікробіологічне дослідження заодно дає інформацію про хід розселення людства’) «» >

Еволюція генетичних типів прокази і їх поширення по Землі разом з людьми. Стрілки на карті позначають міграції людей (суцільні стрілки — безперечно встановлені, пунктирні — сумнівні), числа — давнину міграцій у роках. Так чисто мікробіологічне дослідження заодно дає інформацію про хід розселення людства

Який тип найдавніший? Якщо вибирати між «червоним» і «фіолетовим» типами, то кращий, звичайно, «червоний». Європейська проказа — безумовно менш стародавня (наприклад, в Італії вона ще за часів імператора Августа, тобто на рубежі нашої ери, була абсолютно невідома). А в Африці «фіолетовий» тип зустрічається тільки на північ від Сахари, наприклад в Марокко, — там, де зв’язок з Європою відносно тісний. Зате ареал «червоного» типу охоплює всю Східну Африку. Значить, це і є батьківщина прокази? Цілком можливо.

Правда, є ще гіпотеза азіатського походження прокази, яку Моно з співавторами теж не стали відразу повністю відкидати. Але з генетичної точки зору ця версія менш вірогідна: вона передбачає мінімум одну додаткову нуклеотидну заміну. Швидше за все, вихідним був не «жовтий» (азіатський) тип, а «червоний». Це означає, що проказа виникла там же, де і вид Homo sapiens: у глибині Східної Африки.

З Африки проказа потрапила насамперед на Близький Схід, а далі у неї було два шляхи — в Європу або в Азію. Міграція в бік Європи породила «фіолетовий» тип, міграція в бік Азії — «жовтий». Живильним середовищем для останнього виявилися в першу чергу стародавні держави Індійського субконтиненту і Китаю. У Європі такої кількості людей ще довго просто не було, та й умови для виживання прокажених там були суворішими.

Цікаво, що острівець «червоного» — східноафриканського — типу відзначений якраз на Індійському субконтиненті (Непал, північний схід Індії). Можливо, це релікт, що залишився від початкової міграції.

З іншого боку, «жовта» — азіатська лінія прокази виявлена і в Африці. Але що це за Африка? Це Мадагаскар і південна частина Східної Африки, розташована приблизно навпроти нього. Нинішні корінні жителі Мадагаскару — мальгаші, — як відомо, нащадки індонезійців. А в південній частині Східної Африки знаходяться старі порти, орієнтовані на торгівлю з Азією — Малінді, Момбаса, Занзібар. Немає ніякого сумніву, що сюди проказа була занесена саме з Азії, через Індійський океан.

Дуже цікава доля «зеленої» лінії прокази. Вона сильно генетично віддалена від імовірно вихідного «червоного» типу, а поширення її обмежене Західною Африкою на південь від Сахари. Як вона туди потрапила? Можливо, шляхом стародавніх континентальних міграцій через Африку зі сходу на захід. Цей континент не особливо зручний для далеких мандрів, так що ізоляція пояснена. А можливо, і фінікійці, які ходили на кораблях уздовж африканського узбережжя Атлантики, свого часу завезли туди проказу із Середземномор’я (тут можна згадати роман Івана Єфремова «На краю Ойкумени», де описані якраз такі подорожі). Побічно на користь цієї версії говорить той факт, що «зелений» тип збудника прокази генетично ближче не до «червоного», а до «фіолетового» — для Середземномор’я, як і для Європи, характерний саме останній.

На Американських континентах проказа в основному «фіолетова», що виглядає абсолютно природно: Америка ж колонізувалася європейцями. На Антильських островах і в Бразилії зустрічається «зелений» тип прокази, але це вже однозначно пояснюється атлантичною работоргівлею — рабів свого часу везли в основному саме із Західної Африки.

Примітно, що вихідці з Європи, схоже, примудрилися заразити проказою широко поширених в Південній, Центральній і Північній Америці дев’ятипоясних броненосців Dasypus novemcinctus. Дев’ятипоясний броненосець — майже єдиний біологічний вид, крім людини, схильний до цієї хвороби. На півдні США і в Мексиці утворилися навіть природні осередки. Так от, у броненосців генетичний тип M. leprae — «фіолетовий», в точності, як і слід очікувати, виходячи з того, що в Америку проказу занесли європейці.

Питань тут все одно залишається ще чимало. Але так чи інакше, перед нами зв’язковий еволюційний сценарій.

… І з археологією

Схема еволюції збудника прокази, запропонована групою Моно, за красою нагадує рішення Шерлоком Холмсом завдання з пляшучими чоловічками. Само собою зрозуміло, що дослідження на цьому не зупинилися. Через кілька років та ж група опублікувала уточнюючу роботу, в якій чотири генетичних типи M. leprae розбиті вже на 16 підтипів (Nature Genetics, 2009, 41, 12, 1282-1289). Там немає нічого принципово змінює картину, але є цікаві подробиці. Наприклад, ДНК M. leprae, виявлена в лепрозному скелеті з Єгипту віком приблизно 1500 років, виявилася належною не «червоному» типу (як можна було б подумати), а «фіолетовому». Те ж саме і в Туреччині. Виходить, що ареал «фіолетового» типу охоплює кільцем все Середземномор’я. В обміні збудниками прокази між Близьким Сходом і Європою — під час хрестових походів, наприклад, — брала участь тільки «фіолетова» лінія мікроба.

Що стосується «жовтої» лінії, то вона, мабуть, спочатку проникла з Африки в Азію не через сухопутний міст між ними (як знову ж таки було б легко подумати), а якимось іншим шляхом. Якщо «фіолетовий» тип M. leprae рухався з Єгипту через Синай, Палестину і Сирію, то «жовтий» — прямо з Сомалійського півострова вздовж північного узбережжя Індійського океану. По Великій Дузі, як висловилися б герої Єфремова.

Тут, однак, є привід задуматися.

Майже одночасно з виходом нової статті групи Моно з’явилися дані про знахідки в Індії лепрозних скелетів віком аж 2000 років до нашої ери (PloS One, 2009, 4, 5, e5669, див. фото). Молекулярних підтверджень там немає, але анатомічні (точніше, остеологічні) виглядають вражаюче. Цілком природно, що автори цього відкриття поставили під сумнів гіпотезу групи Моно, припустивши, що вихідним типом збудника прокази був все-таки не «червоний» (африканський), а «жовтий» (азіатський). Як ми пам’ятаємо, таку версію і сама група Моно не відкидала повністю. Але що найцікавіше: місце знахідок цих скелетів — не просто Індія, а Західна Індія. Це ареал найдавнішої цивілізації долини Інда, тієї самої, де були знамениті зниклі міста Мохенджо-Даро і Хараппа. Шумери й аккади називали цю країну Мелухха (Історія Стародавнього Сходу. Під ред. Б.С. Ляпустіна М., 2009).

Стрілочками показані руйнування кісткової тканини. Носовий отвір сильно розширено, верхня щелепа в багатьох місцях некротизована або резорбована, її край, на якому були передні зуби, зник, причому все це сталося ще до смерті людини. Справа — вигляд верхньої щелепи знизу, що показує патологічну зміну її поверхні (PloS One, 2009, 4, 5, e5669)’) «» >

Лепрозний череп з розкопок у Західній Індії. Стрілочками показані руйнування кісткової тканини. Носовий отвір сильно розширено, верхня щелепа в багатьох місцях некротизована або резорбована, її край, на якому були передні зуби, зник, причому все це сталося ще до смерті людини. Праворуч — вид верхньої щелепи знизу, що показує патологічну зміну її поверхні (PloS One, 2009, 4, 5, e5669)

У цьому місці автори індійського відкриття говорять про існування в 2-3 тисячоліттях до нашої ери так званої єдиної сфери взаємодії, в яку входили Месопотамія, Туран, Мелухха і царство Маган на Аравійському півострові. Де б проказа не виникла, те, що вона по цій сфері поширювалася, — точно. Міські цивілізації були для неї живильним середовищем.

Але ось з якого боку вона прийшла? На жаль, є суто генетичні дані, що змушують все-таки відкинути гіпотезу походження прокази з Індії.

«На віки віків»

Збудник прокази дуже цікавий сам по собі. У M. leprae перетворено на псевдогени («молекулярні копалини», як їх іноді називають) 40% геному. Майже половина єдиної бактеріальної хромосоми зайнята генами, які давно не функціонують. Навіть з урахуванням того, що перед нами внутрішньоклітинний паразит, здатний отримувати більшість необхідних речовин у готовому вигляді, це все одно дуже багато.

Між іншим, рід Mycobacterium — досить великий. Він включає приблизно 150 видів, більшість яких зовсім не паразити (багато хто, наприклад, мирно населяє ґрунт). Так от, геном M. leprae — найменший у всьому роді. Частина генів, що колись перетворилися на псевдогени, до теперішнього часу у нього втрачена зовсім.

Коли ж ця масова псевдогенізація відбулася? І чи всіх генів вона торкнулася одночасно? На перше питання точної відповіді поки немає. Зате на другий — відповідь, швидше, позитивна. Є робота, де кілька сотень псевдогенів M. leprae порівнюють з відповідними їм генами M. tuberculosis — туберкульозної палички, якої псевдогенізація торкнулася набагато менше (Genome Research, 2007, 17, 8, 1178-1185). Виявилося, що передбачувані віку псевдогенів M. leprae утворюють практично симетричний розподіл з чітким піком в середині (у природничих науках такий розподіл прийнято називати нормальним). Іншими словами, більшість цих псевдогенів має приблизно один і той же вік. Ймовірно, це означає, що в історії цієї еволюційної лінії сталася якась генетична «катастрофа», коли багато генів втратили функціональність майже одночасно. Це і був момент переходу до паразитизму. А ось як він трапився, чому, чи були між мешканням у ґрунті і поселенням в організмі людини інші господарі — нічого поки не відомо.

Не далі як у 2008 році вчені відкрили ще один вид збудника прокази. Це Mycobacterium lepromatosis, що викликає дифузну лепроматозну проказу — одну з найважчих форм цієї хвороби (відома також як лепра Святого Лазаря). Генетично M. leprae і M. lepromatosis досить близькі — щоб надійно відрізнити їх, потрібні були тонкі молекулярні дослідження. І ось тут біологи-еволюціоністи отримали цікаву можливість. Оцінивши глибину генетичної розбіжності M. leprae і M. lepromatosis за допомогою так званого методу молекулярних годинників, можна дізнатися мінімальний вік їх загального предка, а значить, і приблизний час існування прокази як такої. Розбіжність цих двох видів абсолютно точно сталася вже після масової псевдогенізації, яка позбавила бактерію значної частини функціонального геному і перетворила її на облігатного паразита, нездатного активно жити поза чужими клітинами. Але ось коли саме?

В одній недавній роботі є оцінка: близько 10 мільйонів років тому (PLoS Neglected Tropical Diseases, 2014, 8, 2, e2544). Це дуже багато! Найдавніший імовірно прямоходящий родич людини — сахелантроп — жив всього 6-7 мільйонів років тому. А 10 мільйонів років тому наше прямохочення хіба що ледь починало формуватися. І в будь-якому випадку всі початкові етапи еволюції людини відбувалися в Африці. Якщо збудник прокази настільки стародавній, то з’явитися він міг тільки там.

Відомо, що багато інфекційних хвороб були так чи інакше сприйняті людиною від тварин, з якими їй довелося контактувати (Nature, 2007, 447, 7142, 279-283). Про туберкульоз, який теж викликається мікроорганізмом роду Mycobacterium, є гіпотеза, що люди отримали його від жуйних ссавців. Є, однак, і зустрічна думка, що це дуже стародавня чисто людська інфекція, яка заразила жуйних вторинно (PLoS Pathogens, 2005, 1, 1, e5). Щодо прокази таких суперечок немає, тому що для них немає серйозних підстав. Це захворювання людей. Правда, проказою ще хворіють броненосці і дуже рідко (буквально в одиничних випадках) шимпанзе, а також деякі інші африканські мавпи. Але схоже на те, що всі вони отримали проказу знову ж таки від людей. У прокаженого шимпанзе, привезеного із Західної Африки, генетичний тип M. leprae виявився «зеленим», тобто саме тим, який поширений серед тамтешніх жителів (Future Microbiology, 2011, 6, 10, 1151-1157).

Отже, проказа — специфічна хвороба людей. Враховуючи її давнину, краще сказати не «людей», а «гомінід» (у вузькому сенсі цього слова, прямоходящих приматів). Які ж особливості їх — нашого — способу життя зумовили її існування?

Великий антрополог Оуен Лавджой пов’язує виникнення прямозбереження з новою стратегією розмноження, що дозволила гомінідам різко підвищити чисельність своїх популяцій. При цій стратегії самки проводять більшу частину життя в маленькій безпечній «гніздовій зоні», займаючись доглядом за дітьми (прямозбереження потрібно їм, щоб звільнити для цієї роботи руки). Самці ж, не скуті дитинчата і самки, можуть сильно розширювати свою територію, здійснюючи далекі і ризиковані фуражувальні походи. Нова структура соціуму створила нові можливості, але й нові ризики. У мавпячому стаді ймовірність виживання особин, уражених важкою повільною інфекцією, швидше за все, невисока. А ось у гомінідному космосі, чітко розділеному на «гніздову зону» (де живуть самки), зону фуражування і полювання (куди здійснюють походи самці) і зовнішній абсолютно дикий світ, — тут прокажені змогли знайти для себе хоч похмуру і незатишну, але все ж нішу.

«У Брейгеля за сходженням на Голгофу, куди вослід Христу йде весь народ, здалеку спостерігають прокажені: таке їхнє місце на повіки століть «, — писав Мішель Фуко. Він ще не знав, що це «віки віків», можливо, вимірюється мільйонами років. Проказа — стародавня тінь людського соціуму. Навіть страшно уявити, наскільки стародавня. Один з тих продуктів еволюції, від яких найбільше хочеться позбутися. Благо сучасні засоби лікування нарешті дозволяють це зробити.