במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת טֶבַע, חוקרים ערכו מחקר גנומי חדשני על שרידי אנוש ברזילאים בני 2,000 שנה כדי לחקור את האבולוציה וההופעה של גנום טרפונמל אבותי ביבשת אמריקה ובעולם הישן. הם משחזרים ארבעה גנומים עתיקים כאלה ומוצאים שקרוב משפחתו הקיים של הפתוגן הפרה-היסטורי הקיים ביותר הוא Treponema pallidum endemicum, הפתוגן האחראי לבג'ל. ממצאים אלו מאתגרים את ההשערות הקודמות המאפיינות תת-מין טרפונם ומדגישים כי הטרפונמים ניתנים להסתגלות הרבה יותר ממה שחשבו עד כה.
מחקר: הגדרה מחדש של ההיסטוריה הטרפונמלית באמצעות גנומים פרה-קולומביאניים מברזיל. קרדיט תמונה: bekirevren / Shutterstock
מה הם טרפונמים?
טרפונמים הם סוג של חיידקים בצורת ספירלה, שחלקם אחראים לזיהומים טרפונמלים כגון עגבת Treponema pallidum pallidum (TPA)), בייל (T. pallidum endemicum (TEN)), ופיהוק (T. pallidum pertenue (TPE)). בעוד שאנטיביוטיקה קונבנציונלית הפחיתה משמעותית את הנטל של פתוגנים אלה, מחקרים עדכניים מוצאים יותר ויותר עדויות לטרפונמות המפתחות עמידות מולטי-אנטיביוטיקה, מה שגורם לעלייה מחודשת במחקרים רפואיים ומדעיים של חיידקים אלה.
למרות השינויים ב-0.03% בלבד מרצפי הגנום שלהם, TPA, TEN ו-TPE מציגים אקולוגיות ופתולוגיות שונות להפליא. בג'ל נמצא באזורים החמים והצחיחים של מערב אסיה ומזרח הים התיכון, הפיהם מוגבלים לחלקים הטרופיים הלחים של אפריקה ודרום אמריקה, ועגבת היא עולמית. רשומות רפואיות חושפות כי בעוד שהעגבת אינה נותנת אבחנה לגבי מצב הפיתוח האזורי של המארחים שלה, ניתן למצוא בג'ל ופיסים רק במדינות מתפתחות והוסרו מהעולם המפותח.
מה אנחנו יודעים על ההיסטוריה שלהם?
עגבת ו T. pallidum pallidum זכו לעניין אקדמי הרבה יותר מבג'ל ו-yaws למרות שלכל שלוש המחלות יש תסמינים דומים והתערבויות קליניות. זה כנראה נובע מהשמצה של הראשון – עגבת הייתה אחראית להתפרצות אירופית הרסנית בשנת 1495. בעוד שאירופה הוצעה כמקור פוטנציאלי לזנים אבותיים של טרפונמים, נותר עומק של ספרות הבודקת השערה זו, שהוקשתה יותר על ידי אבחנות של זיהומים היסטוריים שמותירים סימנים גלויים רק ב-5-30% מהמקרים המתקדמים.
נכון לעכשיו, קיימות שתי השערות מתחרות לנוכחות עגבת באירופה – ההשערה הפרה-קולומביאנית וההשערה הקולומביאנית. הראשון נתמך בראיות פליאופתולוגיות ומניח שהחיידק היה קיים ומקורו כנראה באירופה מאות או אלפי שנים לפני המשלחת האמריקאית הראשונה של קולומבוס. לעומת זאת, השנייה מניחה שקולומבוס והקולוניסטים שבאו אחריו הם שנשאו טרפונמים ליבשת.
המחקרים המעטים שניסו לפענח את הגנטיקה של טרפונמים הוכחו כמאתגרים, לאור המחסור החמור ב-DNA טרפונמלי עתיק. הבנת ההיסטוריה האבולוציונית והשיטתיות של הפתוגנים הללו תאפשר מחקרים עתידיים על מדיניות אופטימלית להתכונן להתפרצויות מחלות אפשריות.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, חוקרים השתמשו בשרידי אדם בני כמעט 2,000 שנה מאתר הקבורה Jabuticabeira II כדי לשחזר ארבעה אבות. T. pallidum גנומים עם עד 33.6× כיסוי. קבוצת המדגם כללה 96 דגימות מאתר הקבורה, הן עם (n=32) והן ללא חשד לפתולוגיות טרפונמל. בדיקה ראשונית גילתה 37 דגימות עם DNA טרפונמלי שמיש.
כל הדגימות היו מתוארכות לפחמן רדיואקטיבי, כאשר ארבע דגימות עצם הניבו את ה-DNA הגנומי הדרוש. רצף רובה ציד שימש להקרנה ראשונית של פתוגנים. העשרת יעד של DNA רצף חשפה תשע דגימות עם יותר מ-5,000 קריאות מיפוי ל T. pallidum גנומים התייחסות (נרכש מבוסניה, CDC2 וניקולס). ארבע דגימות העצם שהוזכרו לעיל (ZH1390, ZH1540, ZH1541 ו-ZH1557) נמצאו כבעלי קריאות המכסות 9.2-99.4% מהגנום הייחוס של BosniaA.
פירוק בסיס הוערך כדי לאמת את האותנטיות של DNA עתיק ששוחזר. רצף Illumina בתפוקה גבוהה של ZH1390, ZH1540, ZH1541 ו-ZH1557 שימש ליצירת קריאות לשחזור גנום אבות. קריאות אלה מופו לאחר מכן להתייחסות לגנום TPE (CDC2), TEN (BosniaA) ו-TPA (Nichols).
"הרצף הסופי שהושג עבור דגימת ZH1540 הביא לכיסוי של 99.38% ביחס לגנום הייחוס TEN (BosniaA), עומק כיסוי מינימלי של 5× ועומק חציוני של 33.6×."
הגנום העתיק ZH1540 שנוצר לאחרונה הורכב (מיושר) ונותח יחד עם 98 גנומים טרפונם, כולל TEN (8 זנים), TPE (30 זנים) ו-TPA (60 זנים), כולם נרכשו מהמרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה (NCBI). ) ומסדי נתונים של ארכיון הנוקלאוטידים האירופי (ENA). היישור שהתקבל השתרע על פני 1,141,812 נוקלאוטידים וכלל 6149 פולימורפיזמים חד-נוקלאוטידים (SNPs).
דפוסי תורשה וניתוחים פילוגנטיים בוצעו באמצעות ניתוח רקומבינציה עם שיטת אי-התאמה פילוגנטית (PIM). הקשר הוצג באמצעות גישות לבניית עצים בסבירות מרבית. כדי לקבוע את גיל הגנום המשוחזר, בוצע תיארוך שעון מולקולרי.
אמפה המציגה את מיקומו של האתר הארכיאולוגי Jabuticabeira II בחוף הדרומי של מדינת סנטה קתרינה, ברזיל, ואת הדגימות ZH1390, ZH1540, ZH1541 ו-ZH1557, עבורן שוחזרו גנומים. ב, עץ פילוגנטי בעל סבירות מקסימלית של זני T. pallidum המודרניים והעתיקים המשתמשים ב-GTR + G + I כמודל האבולוציוני ו-1,000 חזרות על רצועות האתחול. כל הגנומים העתיקים בשימוש במחקר זה (ששוחזרו לאחרונה ופורסמו בעבר; ראה טבלה משלימה 3) מסומנים בהדגשה. נקודות ורודות מייצגות צמתים עם ערכי אתחול העולים על 70%. סרגל הקנה מידה הוא ביחידות לכל תחליפים לכל אתר.
ממצאי המחקר
המחקר הנוכחי יצר ארבעה גנומים טרפונם עתיקים, שכולם היו קשורים באופן בלתי צפוי ביותר לגורם הגורם לבג'ל. T. pallidum endemicum. בעוד עגבת ופיהוק זוהו מהגנומים העתיקים של העולם הישן והחדש, אלה מייצגים את הפתוגנים הראשונים דמויי TEN שבודדו אי פעם משרידים ארכיאולוגיים.
"הממצאים שלנו במחקר זה רק מאכפים את ההשקפה הזו: סוכן עתיק דמוי TEN, שזוהה הרחק מהגומחה הגיאוגרפית המודרנית של המחלה, באזור חוף ברזילאי לח, מעיד על יכולתם של טרפונמים להסתגל לאקלים ולמיקומים גיאוגרפיים שונים. דנ"א טרפונמאלי איכותי ששוחזר ממקור פרהיסטורי מאמת את השימוש בטכניקות DNA עתיקות בביסוס השערה חדשה לגמרי, מושכלת יותר על האירועים שהובילו להתפשטות ה-Treponema pallidum ברחבי העולם."
ניתוחי שעון מולקולרי מגלים כי T. pallidum העוקבה עתיקה בהרבה ממה שהאמינו בעבר, ביותר מ-1,000 שנים. העוקבה נתפסת גם כבעלת יכולת הסתגלות גבוהה, דבר המצביע על כך שטווח האבות שלה חורג בהרבה מזה של היום.
"לבסוף, מכיוון שהגילוי פורץ הדרך של טרפונמטוזיס פרה-קולומביאנית כאן הוא תוצאה של שילוב של גנומיקת פתוגנים עתיקים ובחירה מדוקדקת של דגימות ארכיאולוגיות, אנו יכולים לצפות שממצאים עתידיים יאירו את האירועים המובילים לעליה ולהתפשטות של עגבת מין. , ולעזור לפתור את הגורמים האבולוציוניים האחראים להצלחה הגלובלית של משפחת טרפונמה."
