az 1347-1351 fekete halála, amelyet a Yersinia pestis baktérium okoz2, 3, az egyik legjobb történelmi példát nyújtja a gyors terjesztéssel és magas mortalitással járó feltörekvő fertőzésre, amely az európai népesség becsült 30-50%-át állítja csak ötéves időszakban4. A járványügyi tendenciák eltérései a középkori betegség és a modern Y. pestis fertőzések között vitát váltottak ki a világjárvány etiológiai ügynökségével5, 6., Bár az ősi DNS-vizsgálatok erősen befolyásolták Y. pestis2, 3 az ősi világjárványban, a baktérium genetikai változásai részben felelősek lehetnek a betegség manifesztációjának és súlyosságának különbségeiért. Megérteni, hogy az organizmus evolúciós szükséges jellemzik a genetikai változások részt az átalakulás egy erdei kórokozó, hogy aki képes járvány emberi fertőzés, a skála a Fekete Halál, s meghatározni a kapcsolatot a jelenleg keringő törzsek., Itt kezdjük ezt a vitát az ősi kórokozó első genomszekvenciájának bemutatásával.
Y. a pestis a talajlakó bacillus Yersinia pseudotuberculosis7 nemrégiben kialakult leszármazottja, amely evolúciója során két további plazmidot (pMT1 és pPCP1) szerzett, amelyek speciális mechanizmusokat biztosítanak az emlős gazdaszervezetek beszivárgására. Az egyik ilyen plazmid lehetséges evolúciós változásainak kivizsgálására 46 fogat és 53 csontot vizsgáltunk meg az angliai East Smithfield collection-ből, az Y jelenléte miatt., pestis-specifikus pPCP1 (HIV. 3). A történelmi adatok azt mutatják, hogy a Kelet-Smithfield temető jött létre a késő 1348 vagy korai 1349 kifejezetten a temetés, Fekete Halotti victims8 (Kiegészítő Füge 1, 2), így a gyűjtemény erre alkalmas genetikai vizsgálatok ősi Y. pestis esete. DNS-szekvencia adatok esetében öt fogak segítségével nyert molekuláris felvétel a teljes Y. pestis esete-specifikus pPCP1 kiderült, egy C-T kár minta jellemző hiteles endogén ősi DNA9, valamint közgyűlése az egyesített Illumina olvassa megengedett a rekonstrukció 98.68% – a a 9.,6-kilobáz plazmid legalább kettős burkolat3.
a teljes ősi Genom rekonstruálására szolgáló elfogási alapú módszerek alkalmasságának értékeléséhez az öt fog közül négyből származó, a legmagasabb pPCP1 fedő3-ból származó több DNS-kivonatot használtak tömbalapú dúsításhoz (Agilent), majd ezt követően nagy áteresztőképességű szekvenáláshoz az Illumina GAII platformon10. Az ismétlődő molekulák eltávolítása és az azt követő szűrés összesen 2 366 647 kiváló minőségű kromoszóma-leolvasást eredményezett (kiegészítő táblázat 1a, b), átlagos töredékhossza 55.,53 bázispár (kiegészítő ábra. 4), ami jellemző az ősi DNS-re. Lefedettség becslések hozott átlagosan 28.2 olvassa telephelyenként a kromoszóma, illetve 35.2, valamint 31.2 a pCD1 de pMT1 plazmidok, illetve (Fig. 1a, c, d és kiegészítő táblázat 1b, c). Lefedettség kiszámíthatóan alacsony pPCP1 (ábra. 1E) mivel a plazmidra jellemző szondákat nem vették fel a tömbökbe. Lefedettség Korrelált GC tartalom (kiegészítő ábra. 6), a tendencia korábban megfigyelt nagy áteresztőképességű szekvencia data11., A kromoszóma mindkét felének lefedettsége egyenetlen volt a két tömbök közötti szekvenálási mélység különbségei miatt, az 1-es és a 2-es tömb esetében 36,46-os és 22,41-es átlagértékkel. Bár a nagyobb mélység hozzájárult a Webhelyenkénti átlagosabb olvasáshoz, nem növelte az Általános lefedettséget, mivel mindkét tömb a megcélzott régiók 93,48% – át fedi le legalább egyszeri lefedettséggel (1b.kiegészítő táblázat)., Ez azt jelzi, hogy a capture eljárás sikeresen letöltött sablon molekulák az összes környező régiókban elérhető ez a módszer, ami mélyebb szekvenálás nem eredményez további adatok CO92 sablon régiók hatálya alá nem tartozó, a meghatározott adatokat.
A, C–e, a kromoszóma (a) és a pMT1 (c), pCD1 (d) és pPCP (e) plazmidjainak lefedettsége. Lefedettség kék, GC tartalom zöld., Skála vonalak jelzik 10-, 20-, 30-, 40- és 50-szeres lefedettség és 10%, 20%, 30%, 40% és 50% GC tartalom. A plazmidok esetében a piros a kódolási régióknak felel meg, a sárga a mobil elemeknek. Kromoszóma mutatja medián lefedettség génenként. A plazmidok minden helyet ábrázolnak. A plazmidok lefedettségi eloszlását a kiegészítő ábra mutatja. 5. b, A disztribúciók az 1-es (kék) és a 2-es (piros) tömb kromoszómális lefedettségét mutatják, jelezve, hogy a mélyebb szekvenálás növeli a beolvasások számát webhelyenként, de nem befolyásolja lényegesen az Általános lefedettséget.,
PowerPoint slide
Genom architektúra ismert, hogy széles körben változik között fennmaradt Y. pestis strains12. Az ősi Genom génrendjének extrapolálása érdekében elemeztük a CO92-referencia leképezését minden olyan kivonatra, amely egyetlen egyénből származik, aki a legmagasabb lefedettséget adta (egyedi 8291). Ősi szekvenciáink rövid olvasási hossza és az Y. pestis Genom rendkívül ismétlődő jellege ellenére 2,221 co92-t vontak ki, amelyek összesen 4,367,867 bp-t tartalmaztak., Az ősi Genom potenciális régióinak azonosítása, amelyek építészetileg különböznek a CO92-től, minden olyan olvasatot, amely nem kapcsolódik a CO92-referenciához, figyelembe vették a contig konstrukcióját. A szűrés után legalább 500 bp, 2,134 contigs maradt, amely 4,013,009 bp, ebből 30,959 eredt kiaknázatlan olvasás. A hagyományos ROBBANÁSKERESÉS a CO92 genommal szemben 2,105 szomszédos egyezést azonosított. A megváltozott architektúra bizonyítékait 10 szomszédban azonosították (2. Kiegészítő táblázat). Egy ilyen szerkezeti változat példája az ábrán látható., 2, ahol a referencia-vezérelt szerelvény, amely kihasználatlan olvasásokat tartalmaz, hogy a töréspontot lefedje, érvényesíti rekonstrukcióját. Ez a specifikus genetikai orientáció csak az Y. pseudotuberculosis és az Y. pestis Microtus 91001, Angola, Pestoides F és B42003004 törzsekben található meg,amelyek ősei minden Y. pestisnek, amely általában emberi fertőzésekkel jár (1.ág és 2. ág 13, 14). Továbbá, a régió elrendezésének eltérései az 1. és a 2. ág modern Y. pestis törzseiben azt mutatják, hogy az átrendeződések különálló eseményekként történtek különböző vonalakon.,
Az a (kék) és B (zöld) pozíciókban a linearizált CO92 genomban 231 kb. A szomszédos szekvencia nagy lefedettség, bár csak 18× és 20× látható az A és B térhatások (fekete) miatt. A szerkezeti változatot olyan leolvasásokkal szerelték össze, amelyek nem voltak a CO92-re (piros)., Pozíciója a linearizált Microtus 91001 kromoszómán látható, ahol a 9,096 bp contig térkép 100% – os identitással rendelkezik.
PowerPoint dia
Egyetlen nukleotid eltérések az ősi genom a CO92 referencia meglepően állt csak 97 kromoszóma helyekre, 2, 4 pozíció a pCD1 de pMT1 plazmidok, illetve (Kiegészítő Tábla 3), jelezve, szűk genetikai természetvédelmi ez a szervezet az elmúlt 660 év. E pozíciók közül huszonhét nem jelent meg a fennmaradó y korábbi elemzésében., pestis diversity14 (3. és 4. Kiegészítő táblázat). Összehasonlítása ősi Genom őse Y. pseudotuberculosis kiderült, hogy a középkori szekvencia tartalmazza az ősi nukleotid minden 97 pozíciók, jelezve, hogy nem rendelkezik semmilyen származtatott pozíciók hiányzik más Y. pestis törzsek. Két korábban jelentett kromoszómális különbség3 nem volt jelen a genomikus szekvencia adatainkban, ami arra utal, hogy valószínűleg olyan deaminált citozinokból származnak, amelyeket a jelenlegi vizsgálat során uracil-DNS-glikoziláz kezeléssel távolítottak el a tömb rögzítése előtt.,
A hely, ahol az ősi genom egy filogenetikai összefüggésben, mi jellemzi az összes 1,694 korábban azonosított phylogenetically informatív positions14 (Kiegészítő Tábla 4), összehasonlítva azokat az ősi szervezet ellen összesített bázis hívja adatok 17 nyilvánosan elérhető Y. pestis esete genom szekvenciát jelent meg az ősi Y. pseudotuberculosis. Ha külön vesszük figyelembe, a négy áldozat közül három szekvenciája csak két helyettesítést tartalmaz az összes létező humán patogén Y. pestis törzs gyökeréből (ábra. 3a), és közelebbi kapcsolatot mutatnak az 1 Y ággal., pestis, mint a 2. ág; azonban a négy áldozat egyike (6330-as egyén) olyan törzsvel fertőzött, amely három további származtatott pozíciót tartalmazott az összes többi 1.Ág genomjában14. Ez vagy több törzs jelenlétére utal a londoni 1348-1350-es világjárványban, vagy egy törzsben kialakuló mikroevolúciós változásokra, amelyekről ismert, hogy a betegség kitöréseiben fordulnak elő15. További támogatás Y., a pestis mikroevolúcióját több variáns pozíció jelenléte jelzi, amelyekhez egy egyén szekvenciaadatai két különböző nukleotidot mutatnak hasonló frekvenciákon (5.Kiegészítő táblázat). A 2896636 pozíció például ismert polimorf pozíció a meglévő Y. pestis populációkban14, és ez a pozíció mutatja a rögzített származtatott állapotot egy egyénben (6330), a polimorf állapotot pedig egy másikban (8291 egyén) legalább ötszörös lefedettség mellett (kiegészítő ábra. 7). Ez figyelemre méltó példa a történelmi világjárvány során rögzített mikroevolúcióra., A fennmaradó varianciapozíciók változatlanok a 18 fennmaradt Yersinia genomban, így egyediek lehetnek az ősi szervezetre nézve, ezért további érdekesek. Az ősi genomok további mintavételezése segít meghatározni ezeknek a mutációknak a gyakoriságát a keringő Y. pestis törzsekben, és tisztázni fogja a 2.ág törzseinek megjelenését, amelyek még nem szerepelnek az ősi mintákban.
A, medián hálózat ősi és modern Y. pestis alapján 1,694 variáns pozíciók modern genomes14. A színes körök különböző kládokat képviselnek a ref. 13. A szürke körök hipotetikus csomópontokat képviselnek. b, filogenetikai fa 1694 változó pozícióval. A divergencia időintervallumai naptári években jelennek meg, a szomszéd-összekötő bootstrap Támogatással (kék dőlt) és a Bayes-féle posterior valószínűséggel (kék). A szürke doboz az ismert humán patogén törzseket jelzi., A, NZ ACNQ01000; Nepal516, NC 008149; KIM10, NC 004088; B, NZ AAYT01000; C, NZ ABAT01000; D, NZ ACNS01000; E, NZ AAYS01000; F, NZ AAOS02000; CO92, NC 003143; G, NZ ABCD01000; H, NZ AAYV01000; I, NC 014029; J, NZ AAYR01000; Antiqua, NC 008150. c, Geographical origin of genome sequences used in a and b. d, Geographical spread of the Black Death from infection routes reported in ref. 4.,
PowerPoint slide
következetes fa topológiák több építési módszerrel készültek, és az összes nagyobb csomópontot a >0.96 és a bootstrap értékek > > 90 (ábra. 3b és kiegészítő füge 8 és 9). A fák a keleti Smithfield-szekvenciát az összes létező humán patogén Y. pestis törzs ősi csomópontjához közel helyezik (csak két különbség 1694 pozícióban), valamint az 1. Ág alján (ábra. 3b)., Az 1348-1350-es East Smithfield-I lelőhely biztonságos időpontja lehetővé tette számunkra, hogy az ősi szekvenciához egy tip-kalibrálást rendeljünk, így Bayes-féle megközelítéssel datáljuk a modern genomok és a Kelet-Smithfield Genom divergencia idejét. Időbeli becslések azt mutatják, hogy minden Y., az emberi fertőzéshez általában társuló pestis közös őse volt valamikor 668 és 729 évvel ezelőtt (ad 1282-1343, 95% legnagyobb valószínűségi sűrűség, HPD), amely sokkal kisebb időintervallumot ölel fel, mint a közelmúltban közzétett becslések14, továbbá azt jelzi, hogy az összes jelenleg keringő 1.ág és 2. ág izolátum legkorábban a tizenharmadik században alakult ki (ábra). 3B), amely potenciálisan egy kelet-ázsiai forrásból származik, amint azt korábban javasolták14., Ez azt jelenti, hogy a középkori pestis volt a fő történelmi esemény, amely bevezette az emberi populációkat az Y. pestis összes ismert patogén törzsének ősébe. Ez további kérdése van a etiológiája a hatodik-nyolcadik századi Pestis Justinianus, népszerűen azt kell feltételezni, hogy eredményezett ugyanaz a kórokozó: a temporális becslések azt jelenti, hogy a járvány vagy okozott Y. pestis esete változat, amely különbözik az összes jelenleg keringő törzsek gyakran jár együtt az emberi fertőzések, vagy egy másik betegség összesen.
bár a megközelítés segítségével egy fennmaradt Y., pestis esete referencia sablon csali design kizárt, hogy képesek azonosítani genomikai régiók, hogy jelen lehettek az ősi szervezet volt, később elveszett CO92, genomiális összehasonlítása az ősi sorrend ellen a legközelebbi outgroups eredményezhet értékes betekintést Y. pestis esete evolúció. A Microtus 91001 törzs a legközelebbi 1-es és 2-es ág, amely az emberiekre nézve nem patogénnek bizonyul16, ezért a genetikai változások hozzájárulhatnak a kórokozó emberi gazdaszervezethez való alkalmazkodásához., Az outgroup összehasonlításai 113 változást tártak fel (kiegészítő táblázat 6a, b), amelyek közül sok megtalálható a virulenciához kapcsolódó funkciókat befolyásoló génekben, például a biofilmképződésben (hmst), a vasszerzésben (iucD) vagy az intracelluláris környezethez való alkalmazkodásban (FOP). Hasonlóképpen, bár emberi virulenciapotenciálját még nem erősítették meg tudásunk szerint, Y. pestis B42003004 a kínai marmot populációból17 izolált Y. pestis b42003004-et az összes y ősi csomópontjához legközelebb eső törzsként azonosították., a pestis általában az emberi pestishez kapcsolódik, így kulcsfontosságú információkat szolgáltathat a szervezet fejlődéséről. A teljes genom-összehasonlítás a East Smithfield-szekvenciával szemben csak nyolc egy nukleotid-különbséget tárt fel (kiegészítő 6c táblázat), amelyek közül hat nem szinonim változásokat eredményez (kiegészítő 6d táblázat). Bár ezek a különbségek valószínűleg nem befolyásolják a virulenciát, a génveszteség, a génnyereség vagy a genetikai átrendeződések hatása,amelyek mindegyike jól dokumentált Y. pestis12, 18, még nincs meghatározva., Az utóbbi evolúciós szempontból, egyetlen nukleotid eltérések több ismert patogenitási kapcsolatos géneket találtak között az ősi genom a CO92 referencia szekvencia (Kiegészítő Tábla 3), amely képviselhet további kiigazítások, hogy emberi testet.,
Keresztül dúsítás-DNS-capture párosul célzott, nagy forgalmú DNS szekvenálás, van rekonstruált tervezet genom, ami vitathatatlanul a pusztító emberi kórokozó a történelem során kiderült, hogy a középkori pestis a tizennegyedik században, valószínűleg a felelős, a bevezetés, valamint széleskörű elterjedése az emberi populációk. Ez azt jelzi, hogy a fekete halállal érintett kórokozónak közeli rokonai vannak a huszonegyedik században, amelyek mind endemikusak, mind kialakulnak19., Bemutatkozás új kórokozók, hogy a lakosság gyakran jár együtt fokozott előfordulása, valamint súlyossága disease20 s bár a szabályozó mechanizmusokat ez a jelenség complex21, genetikai adatok ősi, fertőző betegségek nyújt felbecsülhetetlen értékű hozzájárulást, hogy megértsük a gazda–patogén coevolution. A Fekete Halál egy kialakulóban lévő fertőzés egyik példája, amely Európa-szerte terjed, és mindössze 5 év alatt mintegy 30 millió ember életét követeli meg,ami sokkal gyorsabb, mint a bubópestis vagy pneumoniás pestis okozta fertőzések22 és a terjesztés7, 8., Függetlenül attól, hogy bár egyetlen létező Y. pestis törzs sem rendelkezik ugyanolyan genetikai profillal, mint ősi szervezetünk, adataink azt sugallják, hogy az ismert virulenciával kapcsolatos gének néhány változása felhalmozódott a szervezet 660 éves evolúciójában, mint emberi kórokozó, továbbá arra utal, hogy a történelemben észlelt megnövekedett virulenciája nem lehet az itt leírt analitikai megközelítéssel kimutatható új rögzített pontmutációk miatt23., A jelenlegi állásfoglalás, akkor állítom, hogy molekuláris változások a kórokozók, de az egyik eleme egy csillagkép hozzájáruló tényezők változó fertőző betegség előfordulása, valamint súlyossága, ahol a genetika, a fogadó population24, climate25, vektor dynamics26, szociális conditions27, valamint szinergikus kölcsönhatások egyidejű diseases28 kéne leginkább a vita a lakosság fogékonyság a fertőző betegség gazda–patogén kapcsolatok hivatkozással, hogy Y. pestis esete fertőzések.