ボレリア・レカレントisの進化をたどる
研究によると、シラミが運ぶ細菌の複雑な歴史と遺伝的変化が明らかになった。
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特定のバクテリアが宿主から宿主への広がり方を変えたんだって。バルトネラ・クインタナやリケッチア・プロワゼキイ、ボレリア・リカレントisみたいな種は、これまでダニによって運ばれてたのが、今はシラミによって広がるようになったみたい。この変化は、彼らをもっと危険にしてるようで、これらのバクテリアは時間が経つにつれていくつかの遺伝子を失っている兆候が見られるんだ。おそらく、シラミによって伝播されるように適応しているからだろうね。でも、この変化がどれくらい前から起こっているのか、遺伝子がどう変わったのか、なぜ彼らがもっと病原性になっているのかはまだはっきりしていない。
繰り返し熱
繰り返し熱は、主に柔らかい体を持つダニによって広がるボレリアバクテリアの異なる種によって引き起こされるんだ。一つの特筆すべき例はボレリア・ミヤモトイで、これは硬い体を持つダニから来てるんだ。対照的に、ボレリア・リカレントisは人から人へシラミの噛みつきによって広がるんだ。その他のボレリアと違って、B.リカレントisにはそれを運ぶ動物の貯蔵庫がないんだ。感染は、シラミの体液が人の皮膚に入ることで始まる。反対に、ダニによって広がる繰り返し熱(TBRF)は、いくつかの動物宿主を含むことができ、世界の多くの地域で見られるよ。例えば、B.ダットニイはB.リカレントisに近いもので、豚や鶏のような動物によく見られていて、主に東アフリカに分布しているんだ。
現代のB.リカレントisのゲノムは大きな線状の染色体といくつかのサイズの異なるプラスミドで構成されていて、ちょっと変わった構造をしている。主な染色体はボレリアの種の間ではかなり安定してるけど、プラスミドはかなり変わる可能性があるんだ。研究によると、B.リカレントisは近縁種のB.ダットニイと比べて約20%の遺伝子を失っていて、そのほとんどはプラスミドに現れているんだ。この遺伝子喪失のパターンは他のシラミに伝播されるバクテリアでも起こると考えられているけど、具体的にどの遺伝子が関与しているのか、ダニからシラミへの変化とどのように関係しているのかは不明だね。
歴史的文脈
B.リカレントisの歴史やゲノム、シラミへの好みがどのように発展してきたのかについては多くの不確実性があるんだ。多くの歴史的な文献には、数日間続く「流行性の熱」の発生が言及されていて、再発を伴うこともあるんだ。最も古い記録は紀元前5世紀の古代ギリシャまでさかのぼるよ。B.リカレントisが550年の黄熱病や、1485年から1551年までのヨーロッパの発汗病、さらには17世紀と18世紀のアイルランドでの飢饉の間の熱に関与していたんじゃないかとも言われている。でも、これらの歴史的な出来事に関与した具体的なバクテリアについてはまだ確認されていないんだ。
B.リカレントisは第一次世界大戦と第二次世界大戦の間に重大な公衆衛生の問題を引き起こしたけど、20世紀後半にはヨーロッパではあまり見られなくなったんだ。今日、エチオピア、ソマリア、スーダンなどではまだ多くの病気を引き起こしているよ。B.リカレントisを放置された熱帯病と見る人もいるけど、人口密度、衛生上の課題、または紛争や災害が発生する状況では再び現れる可能性があるんだ。
研究の課題
B.リカレントisはラボで培養するのが難しいから、現代の症例からのゲノムデータが限られているんだ。だから、古代のDNAを研究することが、バクテリアの多様性や進化を理解するための有望な方法になるんだ。研究者たちは、約550年前の中世ノルウェーの骨格からB.リカレントisのゲノムを取り出したことがあるんだ。でも、B.リカレントisの完全な進化の歴史や、ヨーロッパでの歴史的存在についてはまだよくわからないんだ。
2300年から600年前の日付が付けられたイギリスの4つの新しいゲノムは、鉄器時代や中世の間にヨーロッパでのB.リカレントisの存在について新しい洞察を提供しているんだ。これらのゲノムを分析することで、古い病気へのB.リカレントisの寄与を確認し、シラミによる伝播への切り替えの間の進化の変化を記録することを目指しているんだ。
ゲノム分析
古代のB.リカレントisのゲノムを探すために、研究者たちは古代DNA技術を利用して小さなDNA断片を取り出し、時間によるエラーを排除する手法を使ったんだ。イギリスの4つの考古学的なサイトからの骨の標本を分析して、数十億のDNA読み取りペアを生成し、B.リカレントisの参照ゲノムに対して大きなカバレッジを得たんだ。
シーケンシングされたゲノムには、鉄器時代と中世の期間からのサンプルが含まれていて、B.リカレントisがどのように変わっていったのかのより明確な像を提供しているんだ。結果として、B.リカレントisが古代イギリスに存在していたことが確認されて、その存在の知られていたタイムラインは1600年以上延びたんだ。具体的な歴史的流行との関連は不明なままだけど、研究対象となった個体は重度の感染症に苦しんでいた可能性が高いことが示唆されているんだ。
進化的関係
研究者たちは、古代の株が現代の株にどのように関連しているのかを明確にするために家系図を再構築したんだ。すべての古代のゲノムは、現在のB.リカレントisと一緒のグループを形成したんだ。中世のゲノムはノルウェーの以前に発表された中世のゲノムとクラスターを形成していて、密接な関係を示しているんだ。鉄器時代のゲノムの中には、2300年から2000年前に共存していたかもしれない別系統が見つかって、B.リカレントisのイギリスでの歴史の複雑さを示しているよ。
分岐のタイミング
B.リカレントisがその親戚B.ダットニイから分岐したタイムラインはまだ不確かなんだ。古代のゲノムを分析することで、研究者たちはこの分岐がいつ起こったのかを推定できたんだ。ゲノムの変化と時間との関係を評価するために高級な統計手法を使うことで、重要な相関関係を見つけたんだ。結果は、B.リカレントisがB.ダットニイから2215年から5630年前の間に分岐した可能性があることを示唆しているんだ。最も支持されるモデルでは、約5156年前に分岐したとされているよ。
このパターンは、鉄器時代の株が2326年から2410年前の間に出現したことを示していて、中世の株は過去700年のものであることを示しているんだ。また、最近の現代株の出現が数十年前に起こったことが示唆されていて、主にアフリカや難民の状況に関連しているんだ。
遺伝的多様性と減少のパターン
パングノーム分析を用いて、異なるボレリア種の遺伝子内容を比較した結果、B.リカレントisはB.ダットニイよりも著しく少ない遺伝子を持っていて、より特定のライフスタイルへの適応を示唆しているんだ。古代のゲノムは、この遺伝的減少のほとんどが約2000年前にすでに起こっていたことを示しているよ。
研究者たちは、鉄器時代のゲノムに存在する特定のプラスミドが中世および現代のゲノムでは欠如しているか、より低いレベルにあることを確認し、その期間中の重要な変化を示しているんだ。中世の時代には、B.リカレントisは現代株に見られるプラスミドの完全なセットを獲得していたんだ。
遺伝子機能の変化
研究では、B.リカレントisがどのように行動し、宿主と相互作用するかに寄与する遺伝子の変異についても調べたんだ。免疫逃避や病気の持続に関わる主要なタンパク質が検討されたんだ。中世の株と現代の株は似たような遺伝子プロファイルを持っていたけど、いくつかの遺伝子は今では擬似遺伝子になっていて、もう機能していないんだ。
現代の株とは対照的に、古代の株は可変主要タンパク質(vmp)の多様性が豊かで、バクテリアが免疫応答に適応する能力が時間とともに変わったことを示唆しているんだ。また、古代のサンプルではDNA修復に関わる特定の遺伝子が機能していたけど、現代の株では壊れていることが分かったんだ。
結論
この研究は、イギリスの古代ゲノムの回収と分析を通じてB.リカレントisの複雑な歴史を浮き彫りにしているんだ。発見は、この病原体が何世紀にもわたってヨーロッパに存在していたことを示し、ダニ媒介からシラミ媒介への切り替えの間の進化のパターンを示しているよ。この研究は、古代の微生物を学ぶことが現代の病原体やその進化の道を理解する上で重要だということを強調しているんだ。B.リカレントisの適応の背後にある詳細なメカニズムは完全には理解されていないけど、これらの発見はバクテリアの歴史、多様性、伝播方法が病原性に与える影響についてのさらなる研究の道を切り開いているんだ。
タイトル: Ancient Borrelia genomes document the evolutionary history of louse-borne relapsing fever
概要: Several disease-causing bacteria have transitioned from tick-borne to louse-borne transmission, a process associated with increased virulence and genome reduction. However, the historical time frame and speed of such evolutionary transitions have not been documented with ancient genomes. Here, we discover four ancient cases of Borrelia recurrentis, the causative agent of louse-borne relapsing fever, in Britain between [~]600 and 2,300 years ago, and sequence whole genomes up to 29-fold coverage. We estimate a recent divergence from the closest tick-borne ancestor, likely within the last [~]8,000 years. We reconstruct a chronology of gene losses and acquisitions using the pan-genome of related species, and show that almost all of the reductive evolution observed in B. recurrentis had occurred by [~]2,000 years ago, and was thus a rapid process after divergence. Our observations provide a new understanding of the origins of B. recurrentis and document complex reductive evolution in a specialist vector-borne pathogen.
著者: Pooja Swali, T. Booth, C. C. S. Tan, J. McCabe, K. Anastasiadou, C. Barrington, M. Borrini, A. Bricking, J. Buckberry, L. Buster, R. Carlin, A. Gilardet, I. Glocke, J. Irish, M. Kelly, M. King, F. Petchey, J. Peto, M. Silva, L. Speidel, F. Tait, A. Teoaca, S. Valoriani, M. Williams, R. Madgwick, G. Mullan, L. Wilson, K. Cootes, I. Armit, M. G. Gutierrez, L. van Dorp, P. Skoglund
最終更新: 2024-07-19 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.18.603748
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.18.603748.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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