Переход от собирательства к фермерству связали с успокоением противовирусного иммунитета
Иммунный ответ охотников и собирателей был устроен не так, как у современных людей — к такому выводу пришли генетики, сравнив геномы людей, живших в палеолите и сегодня. Исследователи заметили, что набор генных вариантов изменился при переходе к сельскому хозяйству. В результате люди стали легче переносить внутриклеточные инфекции — и, вероятно, реже умирать от цитокинового шторма. Работа опубликована в журнале eLife.
Когда внутрь организма попадает патоген, события могут развиваться по двум сценариям. Первый вариант — воспаление: клетки тела выделяют сигнальные вещества (цитокины) в больших концентрациях, те запускают иммунный ответ, а уже иммунная система чистит ткань от патогена, разрушая зараженные клетки, а иногда заодно и оказавшиеся рядом здоровые. Второй вариант — толерантность: иммунитет работает вполсилы, не давая патогену размножаться, но оставляя его в живых. Так, например, поступают со многими своими паразитами летучие мыши — и благодаря этому служат резервуаром для разных вирусов.
Хорхе Домингез-Андрес (Jorge Domínguez-Andrés) из Медицинского Центра при Университете Неймегена и его коллеги предположили, что в ходе эволюции человека его приверженность той или иной стратегии могла меняться в зависимости от образа жизни. В частности, их заинтересовал переход от охоты и собирательства к оседлому образу жизни и сельскому хозяйству. Исследователи предположили, что при этом люди стали образовывать крупные группы, в которых инфекциям проще распространяться, и должны были столкнуться с новыми патогенами — теми, что могут жить внутри домашних животных. Следовательно, в результате этого перехода их стратегии иммунного ответа тоже могли измениться.
Поскольку никаких образцов крови того времени не сохранилось, авторы работы решили оттолкнуться от последовательностей ДНК древних фермеров и по ним сделать вывод о том, к чему была более склонна их иммунная система.
Исследователи начали с того, что собрали геномы 534 современных людей из базы данных Проекта функциональной геномики человека (Human Functional Genomics Project) и у них же взяли образцы крови. Из этих образцов ученые выделили лейкоциты и подействовали на них разными антигенами, в том числе вирусными, бактериальными и грибными. В каждом случае ученых интересовало, сколько и каких цитокинов лейкоциты выделяют в ответ на присутствие каждого патогена.
Затем концентрацию для каждой пары цитокин-патоген они сопоставили с набором генных вариантов, связанных с работой лейкоцитов. И на основе этих данных создали свою оценку полигенного риска (polygenic risk score) — модель, которая позволяет по набору генных вариантов предсказать, сколько цитокинов выделяет лейкоцит человека в ответ на инфекцию.
Дальше исследователи примерили эту шкалу на 827 геномов людей от верхнего палеолита (ранее 25 тысяч лет назад) до постнеолита (от 5 тысяч лет назад) и еще 250 контрольных современных людей. Они заметили, что значения полигенного риска для большинства пар цитокин-патоген практически не менялись до наступления неолита. А вот после появления сельского хозяйства появилась динамика: одних цитокинов (интерферона гамма и фактора некроза опухоли альфа) люди стали выделять больше, а других (разные интерлейкины) — напротив, меньше.
Исследователи заметили, что патогены, иммунный ответ на которых усилился после неолита (например, золотистый стафилококк или кандида), относятся ко внеклеточным. А вот к внутриклеточным инфекциям (например, туберкулезной палочке) организм человека будто бы стал терпимее. По мнению авторов статьи, это может играть важную роль и в жизни современных людей: толерантность к внутриклеточному заражению должна смягчать течение и вирусных болезней тоже, снижая риск развития цитокинового шторма и гиперактивации иммунитета. Поэтому, считают они, если иммунная система действительно эволюционировала в эту сторону, то палеолитические люди умирали бы от ковида, например, гораздо чаще, чем современные.
Тем не менее не всех ученых эти выводы убеждают. Некоторые из них считают, что собранных геномов древних людей недостаточно для того, чтобы выстроить достоверный график изменений. Другие же отмечают, что патогены тоже изменились за эти тысячи лет, и поэтому может быть некорректно проецировать иммунный ответ современных людей на их палеолитических предков. И все же основное наблюдение исследователей сомнений пока не вызвало: гены, связанные с иммунным ответом человека (а точнее, частота встречаемости их вариантов в популяции), судя по всему, действительно со временем меняются.
Раньше мы рассказывали о том, что за последние полторы сотни лет средняя температура человеческого тела изменилась — и некоторые ученые тоже связывают это с инфекциями. А о том, что еще поменялось внутри человека, читайте в нашем тексте «Куда пошел?».
Полина Лосева
Причина оказалась в реакции на воспаление
Неврологи из Национального института здоровья США описали патогенез синдрома хронической усталости у пациентки, болевшей раком молочной железы и волчанкой. У нее обнаружили повышенную активность белка WASF3, мешающего сборке и скоординированной работе электрон-транспортной цепи митохондрий. Гиперактивация WASF3 возникла в ответ на системное воспаление, в результате снизилась эффективность тканевого дыхания, а вместе с ней и переносимость физической нагрузки. Наблюдение опубликовано в журнале Proceedings of the National academy of sciences. Центральное место в возникновении миалгического энцефаломиелита-синдрома хронической усталости занимает ответ организма на воспаление. Часто синдром связан с повышением уровня провоспалительных цитокинов, а проявления включают не только слабость и повышенную утомляемость, но и такие физические симптомы и молекулярные проявления, как снижение аэробных возможностей организма и изменение липидного обмена лимфоцитов. Патогенез синдрома пока не расшифрован до конца: лишь часть случаев синдрома хронической усталости удается объяснить последствием инфекций, а популяционно-генетические исследования плохо справляются с объяснением, почему у одних людей возникает синдром хронической усталости или похожий по проявлениям синдром поствирусной усталости, а у других — нет. Неврологи из Американского национального института здоровья под руководством Пола Хвана (Paul M. Hwang) обнаружили еще один механизм возникновения синдрома хронической усталости, обследуя пациентку с синдромом Ли-Фраумени. Это наследственное заболевание вызвано мутацией в антионкогене TP53 и проявляется злокачественными опухолями начиная с молодого возраста. У 38-летней женщины, перенесшей две опухоли молочной железы и болеющей системной красной волчанкой, с 16 лет регулярно возникали боли в мышцах ног после неинтенсивных физических нагрузок, а обследование у неврологов и ревматологов не позволило обнаружить причину симптомов. Пациентка была направлена в центр, занимающийся изучением митохондриальных заболеваний — ведь митохондриальные дисфункции часто сопровождаются мышечными симптомами, а белок p53 влияет напрямую на митохондрии. Ученые обнаружили, что у пациентки примерно в два раза снижена скорость восстановления мышечных запасов креатинфосфата и активность IV комплекса дыхательной цепи митохондрий. Причем снижены не только в сравнении со здоровыми людьми, но и в сравнении с родным братом пациентки, носителем той же мутации в TP53, не болевшим опухолями или аутоиммунными заболеваниями. В мышечных клетках у сестры было больше активной (фосфорилированной) формы белка p53, чем у брата, а причиной тому, как выяснили ученые, является повышенная активность белка WASF3. Функции этого внутриклеточного белка касаются ремоделирования цитоскелета и регуляции синтеза АТФ в митохондриях, но через цепочку посредников белок влияет и на активность p53. Ученые создали несколько линий мышей с гиперактивированным или выключенным WASF3 и выяснили, что WASF3 нарушает организацию III и IV комплексов электрон-транспортной цепи митохондрий на мембране и ускоряет деградацию IV (цитохром с-оксидазного) комплекса. Эффективность работы дыхательной цепи максимальна, когда два комплекса находятся в непосредственной близости друг от друга в соотношении 2:1, а нарушение пропорции снижает КПД клеточного дыхания. Мыши с несколькими копиями WASF3 показывали более низкие результаты в беговых упражнениях. У пациентки же повышение активности WASF3 было связано с посттрансляционными модификациями белка, но не имело геномной подоплеки и не сопровождалось изменениями транскриптома клеток. Нарушения энергетического обмена в клетках иммунной и нервной системы при синдроме хронической усталости были известны и раньше, но находка американских врачей подчеркивает, что данные отдельно геномики или протеомики не всегда эффективны в расшифровки патогенеза болезней, в которых тесно переплетены геномные факторы и ответ на действие внешней среды. Изучению патогенеза синдрома хронической усталости во многом поспособствовал постковидный синдром, имеющий похожие звенья патогенеза и клиническую картину. Но мы рассказывали и о других факторах, ухудшающих работу мышц — в частности, о том, как прием антигистаминных препаратов снижает тренируемость.