Nature：重建鼠疫感染个体的古代基因组记录

来自46名贝加尔湖狩猎采集者的古代DNA揭示了大约5500年前两次鼠疫早期爆发阶段，在18个人身上检测到鼠疫耶尔森氏菌。研究结果表明，早在密集的农业社会、城市或经典的跳蚤传播的黑死病出现之前，这些基础鼠疫毒株就已经引起了致命的、以儿童为主的疫情。

西伯利亚古墓的古代基因组显示，鼠疫在小型狩猎采集社区已经是致命的，这改变了人们对致命流行病首次出现的时间和方式的看法。

在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，一组研究人员调查了西伯利亚贝加尔湖附近史前狩猎采集者社区早期感染的起源、传播模式、遗传特征和死亡率影响。

背景

毁灭性的鼠疫爆发是否早在城市、农业和密集的人类住区出现之前就已经发生了？鼠疫是人类历史上最致命的传染病之一，以黑死病等事件而闻名。

先前的古代脱氧核糖核酸（DNA）研究确定了史前欧洲的早期鼠疫菌株，但它们引起严重疾病的能力仍然不确定，因为它们缺乏与后来的黑死病相关的一些毒力基因。了解鼠疫早期毒株如何传播有助于追踪鼠疫传播的演变。

关于研究

研究人员检查了在西伯利亚东南部贝加尔湖附近的四个狩猎采集者墓地中发现的古人类遗骸：乌斯特-伊达1号、舒米利哈、布拉茨基卡门和塞罗沃。他们对46名新石器时代晚期个体的DNA进行了霰弹枪测序，这些个体跨越了两个模型爆发范围（5520-5265和5315-4235校准年BP），后期阶段的最高可能性范围估计约为5050-4850校准年BP，以产生遗传数据，然后检查感染因子的存在，特别关注识别（导致鼠疫的细菌）。

采用放射性碳定年法确定了埋葬和爆发阶段的年表。研究人员还检查了人类基因组数据，以重建个体之间的生物学关系，并确定受感染的家庭群体。除了使用年龄和性别死亡率档案检查人口结构外，还对个人进行了血统身份分析，以评估亲属关系模式。

研究人员通过重建鼠疫感染个体的古代基因组记录，然后将结果与史前和现代基因组进行比较，研究了病原体的进化。他们使用系统发育分析结合贝叶斯测年方法和基因组序列比较来确定进化关系并确定鼠疫出现的时间。他们调查的其他方面包括检查经典鼠疫毒力基因、质粒和ypm位点周围的泛基因组变异，以及利用泛基因组方法探索古代菌株的毒力。考古记录、埋葬习俗和埋葬模式被用来描绘鼠疫对狩猎采集社会的流行病学影响。

研究结果

调查结果显示，在采样个体中鼠疫感染的检出率出乎意料地高。46个人中有18人检出证据，检出率约为39%。受感染的个体分布在四个墓地，属于两个不同的爆发阶段，间隔大约四到六个世纪。数据表明，有记录的两个暴发阶段影响了贝加尔湖周围的狩猎采集人群，而不是孤立的事件。

根据基因组研究，来自贝加尔湖的菌株在祖先上与已知的古代和现代谱系分支分道扬镳。这些菌株在所有先前确定的古代和现代鼠疫谱系之前就出现了分化，有助于将鼠疫的起源限制在大约5700年前之前，并表明这种细菌在此之前就出现了。

通过检查人类之间的遗传关系，研究人员确定，许多感染者属于近亲家庭。有几个被感染的亲属的坟墓，包括兄弟姐妹、表亲、侄子和阿姨，以及一群年幼的孩子，在空间上彼此靠近，与这些个体相关的放射性碳测年模型是相似的。家庭感染的聚集性和放射性碳测年的聚集性与鼠疫在短时间内在社区内迅速传播的假设是一致的。这些数据与可能的人际传播一致，可能是通过肺炎传播，而不是证明一个特定的途径。

死亡模式提供了强有力但间接的证据，证明这些疫情是致命的。与其他地区的狩猎采集者墓地相比，这两个发现多处鼠疫的墓地显示出异常高的儿童死亡率。死亡率在大约7.5岁至11岁的儿童中最高，而青壮年的死亡相对罕见。人口统计资料与可比史前人口的预期死亡率模式有很大不同。

病原体的遗传检查显示，古代菌株缺乏小鼠毒素（ymt）基因和Ypf&Phi；噬菌体，这两种基因对经典的蚤媒黑死病传播都很重要。然而，该菌株具有-衍生丝裂原（ypm）基因，该基因编码一种能够引发过度免疫反应的强效超抗原。检测到的ypm变体在序列相似性上与现代ypmA形式最接近，被认为是已知最毒的ypm变体，尽管古代序列在三个位置上不同。这一发现可以在一定程度上帮助解释在年轻人中观察到的不成比例的高死亡率，但作者指出，需要功能性研究来评估这种变异的实际影响。

研究人员还发现了在后来的鼠疫谱系中消失的祖先遗传特征，这表明早期鼠疫在从到到的过渡过程中具有独特的特征组合。考古学、人口学和遗传学证据共同有力地支持了以下结论：这些早期鼠疫毒株尽管缺乏与经典黑死病相关的遗传适应性，但仍能导致严重的疾病和死亡。

结论

该研究表明，大约5500年前，致命的鼠疫爆发影响了贝加尔湖周围的狩猎采集者社区，使其成为迄今为止已知最早的鼠疫爆发。这表明，密集的农业社会及其庞大的人口并不是鼠疫和其他传染病传播的必然前兆。

流行病学、生态学和遗传学证据还表明，受这两个暴发阶段影响的人群在四个墓地中表现出与鼠疫相关的急性死亡率一致的死亡模式，特别是在儿童中，这可能反映了野生啮齿动物宿主的人畜共患病溢出，同时也显示出与人际传播一致的证据。

这些结果为了解人畜共患疾病的早期演变提供了重要见解，并突出了人畜共患疾病在塑造人类历史方面的持久意义。需要进一步研究，以确定早期鼠疫菌株是否造成重大死亡，以及它们如何在史前人群中传播。

参考文献

Lethal plague outbreaks in Lake Baikal hunter-gatherers 5,500 years ago