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来自世界各地的现代和古代基因组测序彻底改变了我们对人类历史和进化的理解。古代 DNA 研究表明，今天主要在鳍足类动物中引起结核病 (TB) 的鳍足分枝杆菌感染了在欧洲殖民之前生活在秘鲁沿海地区的人群。
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探索古代肺结核传播链
结核病 (TB)是由结核杆菌感染引起的慢性传染病。结核菌可能侵入人体全身各种器官，但主要侵犯肺脏，称为肺结核病。中国民间称为“痨病”，可以算作是世界上最古老的疾病之一，科研人员在埃及4500年前的木乃伊身上就发现过结核杆菌的痕迹。 结核病 (TB)是全球第二大最常见的感染性病原体死亡原因（仅次于 Covid-19），但其与人类的悠久历史的许多方面仍存在争议。德国莱比锡马克斯普朗克进化人类学研究所和美国坦佩亚利桑那州立大学的研究人员发现，在南美洲考古人类遗骸中发现的古代结核病与今天与海豹相关的结核病变种最密切相关，但令人惊讶的是，这些病例是在远离海岸的人身上发现的。这意味着这些病例不是海豹直接传播的结果，而是一个或多个溢出事件可能是人类感染的主要驱动因素。
图2 秘鲁巴列斯塔斯群岛的南美海狮。图源：123RF | 外型
世界上近四分之一的人口可能曾接触过导致结核病的细菌，结核病是全球细菌感染死亡率最高的疾病之一。结核病的全球分布曾经被视为它在人类历史深处出现的证据，它被认为是在数万年前在非洲进化而来的，并在伴随宿主迁移后分布在世界各地。它感染多种哺乳动物的能力也使其成为一种高度适应性的病原体。对古代结核病基因组的分析，引发了关于这种宿主-病原体关联何时开始以及结核病如何成为全球分布的争论。由图宾根大学和亚利桑那州立大学的研究小组领导的一项 2014 年研究，报告了来自秘鲁沿海的三个古代结核病基因组，这揭示了其历史的某些方面与关于结核病起源的普遍假设不相容。首先，该团队没有鉴别出一种特征明确的与人类相关的病原体菌株，而是鉴别出了一种相对罕见的菌株，这种菌株如今主要感染海洋哺乳动物，如海豹和海狮（鳍足类动物）。此外，他们的数据表明，结核病是一种比以前认为的要年轻得多的疾病，只是在过去 6000 年中的某个时候才出现。“当时，我们假设结核病是通过与受感染的海豹种群一起旅行，从非洲传播到秘鲁海岸的，”共同领导这项新研究的马克斯普朗克进化人类学研究所的 克尔斯滕·博斯评论道。“我们假设秘鲁的感染源是来自海豹的人畜共患病。不过，尚不清楚我们在这三个人中发现的特定结核感染是否是仅限于该地区的局部现象，还是其分布更为广泛。”
图3 第一作者之一 坦维·霍纳普 在实验室工作。图源：莎拉·约翰逊
结核病是骨病变和病理学专家所熟知的一种感染。亚利桑那州立大学的古病理学家简·布伊克斯特拉对整个美洲的人类骨骼遗骸进行了广泛的研究，并且在接触前的各个大陆很容易发现明确的结核感染病例。“几十年来，通过对人类遗骸的研究，我们已经知道南美洲西海岸存在一种结核病感染形式。现在，随着 21世纪的科学进步，古代 DNA 是研究两者之间关系的最佳工具。我们在美洲不同地区的人类骨骼遗骸观察到的结核病表现”。
图 4：显示现代鳍足类动物分布范围和考古遗址位置的地图，这些考古遗址产生了古老的鳍足类动物基因组。A显示了南美洲和中美洲的地图，说明了现代和历史的南部（黄色）和北部（红色）鳍足类分布范围。南半球覆盖了Arctocephalus australis 102、Arctocephalus galapagoensis 103、Arctocephalus philippii 104、Mirounga leonina 105、Otaria byronia 106和Zalophus wollebaeki 107的现代范围，而北半球则显示了Zalophus californianus 108。现代范围数据来自国际自然保护联盟的濒危物种红色名录。加勒比僧海豹（Monachustropicis ）的历史北部范围由参考文献后的红色虚线表示。109 . 显示了面板 B 和 C 的地理位置；B ) 显示哥伦比亚站点的位置（放大）；C显示了秘鲁的下和中奥斯莫尔河谷（放大图）。在本研究和 Bos 等人发表的研究中产生M. pinnipedii基因组的位点的位置。显示了 12 个。由 米歇尔·奥莱利制作的图形。
在本周发表在《自然通讯》上的一项研究中，该团队报告了三例新的欧洲移民到来前南美结核病病例，这一次来自内陆考古遗址的人类遗骸，其中两例位于哥伦比亚安第斯山脉的高地. 这三个人都感染了与海洋相关的结核病菌株，因此不太可能是发生了简单的海豹人畜共患病。结核病通过人类接触受感染的海豹进入南美洲仍然是最有力的假设，但结核病随后如何在陆地上传播仍然是一个悬而未决的问题。主要作者 奥希尔德·沃金 和 坦维·霍纳普 相信，这些新病例提供了强有力的证据，表明目前在海豹中发现的 TB 变异曾经能够在陆地上长距离传播。“结核杆菌可以感染许多哺乳动物物种，因此有许多候选者可以在陆地上传播，包括人类本身，”沃金说。“庞大的贸易网络可能在从海岸运输病原体方面发挥了重要作用”。霍纳普补充说。
图 5：最大简约 MTBC 系统进化树。这个树结构是使用 266 个 MTBC 基因组的完整数据集构建的，其中包括以橙色突出显示的六个古代基因组。基因组 82U、281U 和 386U 用粗体标记，在树构建之前，过滤了虚假读数的 BAM 文件用于 SNP 调用。该树基于可能的 44,235 个位置中的 14,262 个位置，使用 500 个引导复制，排除了所有缺失和模棱两可的位点。Bootstrap 支持（蓝色）和分支长度被标记。人类适应谱系 1-5 和 7，以及人类相关的 L6 菌株已经崩溃。我们的三个古代基因组与M. pinnipedii进化枝中的其他古代秘鲁基因组一起归入分枝。
亚利桑那州立大学的安妮·斯通（Anne Stone）专门研究结核病的进化史，并与他人共同领导了这项研究，她将新结果视为更深入地探索殖民时期之前的美洲疾病生态学的机会。“这是古代 DNA 研究的一个激动人心的时刻，因为我们现在可以观察这些古代病原体的基因组水平差异，并追踪它们在各大洲和其他地区的传播。对于结核病来说，悬而未决的问题是，在被随欧洲人到达的更具毒性的菌株所取代之前，与海豹相关的菌株在美洲人群体中是如何分布的。”
简介
17世纪主教的遗体支持新石器时代肺结核的出现
更多信息： 奥希尔德·沃金等人，接触前南美人群中地理上分散的人畜共患结核病，自然通讯（2022 年）。
由 马克斯普朗克学会提供
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