Коллектив ученых из Нидерландов, Германии, Швеции и Испании на основе анализа древней ДНК пришел к выводу, что появление земледелия и скотоводства у жителей Европы стало причиной значительных изменений в работе генов, связанных с иммунным ответом. «Неолитическая революция», по мнению авторов работы, стала не только эпохальным событием в истории хозяйства, но и началом нового этапа эволюции иммунной системы человека.
Освоение земледелия и скотоводства значительно изменило образ жизни неолитических обитателей Европы. Представители культуры Винча, которые в бассейне Дуная около 7700 лет назад начали выращивать ячмень и пшеницу и разводить крупный рогатый скот, свиней и коз, жили в условиях повышенного риска инфекционных заболеваний. Их поселения достигали численности в несколько тысяч жителей, а в их домах люди размещались бок о бок с домашними животными. Это привело к всплеску таких болезней, как туберкулез, грипп и другие, которые передавались людям от животных. Ученые давно подозревали, что первые земледельцы и скотоводы болели чаще, чем кочевые охотники-собиратели. Исследования показывают, что жители крупных неолитических поселений, таких как Чатал-Хююк в Турции, столкнулись с потоком новых зоонозных заболеваний, таких как грипп и сальмонеллез, а также с новыми штаммами уже известных болезней — например, малярии и туберкулёза, — также передающимися от животных.
Исследование древней ДНК выявило, как иммунная система первых скотоводов отреагировала на эту новую, полную патогенов среду. Согласно статье, опубликованной в журнале eLife, неолитическая революция стала «поворотным моментом» в эволюции иммунного ответа на инфекционные заболевания. Авторы работы предполагают, что у европейцев эволюция стала отдавать предпочтение вариантам генов, которые ограничивали воспалительные реакции на патогены, такие как грипп, сдерживая гипераллергический воспалительный ответ, который мог быть более смертоносным, чем сам патоген.
Специалист по инфекционным заболеваниями Михай Нетя (Mihai Netea) из медицинского центра Университета имени святого Радбода в Неймегене (Нидерланды) и его коллеги начали исследование с того, что рассмотрели генетически обусловленные вариации иммунных ответов у ныне живущих людей. Они взяли образцы крови более чем 500 человек, собранных в рамках базирующегося в Неймегене Проекта функциональной геномики человека (Human Functional Genomics Project), и проверили эти образцы различными патогенами. Затем они измерили уровни различных цитокинов — иммунорегуляторных белков, таких как интерлейкин и интерферон, определили корреляции между этими уровнями и набором вариантов иммунных генов.
Напомним, что цитокины служат сигнальными веществами, которые активируют клетки иммунной системы, способные убивать чужеродные клетки. При этом у больного поднимается температура, возникает лихорадка, может резко упасть давление и даже развиться отек легких (это явление медики называют «цитокиновым штормом»). Основываясь на полученных результатах, Михай Нетя и его коллеги вычислили «полигенную оценку риска», которая предсказывает силу воспалительного ответа при конкретных заболеваниях на основе имеющихся у пациента вариантов генов.
Затем исследователи применили этот метод к прошлому. Взяв из имеющихся баз данных древние последовательности ДНК, полученные из 827 останков, найденных по всей Европе, в том числе у представителей культуры Винча, они рассчитали уровни цитокинов, которые, вероятно, вырабатывались у этих людей, и их полигенные оценки риска воспаления.
Останки, ДНК которых были проанализированы, относятся к периоду от 45 000 до 2000 лет назад, что позволило исследователям проследить изменения с течением времени. Они обнаружили, что, столкнувшись с инфекциями, европейцы, которые жили после возникновения сельского хозяйства, вероятно, вырабатывали значительно более низкие уровни системных цитокинов, чем их предки охотники-собиратели. По словам Михая Нети, это было адаптацией к новым условиям. «Когда люди впервые столкнулись с новыми патогенами, некоторые из них слишком остро отреагировали и умерли, как мы можем наблюдать в наши дни в ходе пандемии COVID, — говорит он. — Дети выживших людей не вырабатывали столько цитокинов, поэтому всё население становилось более устойчивым». Михай Нетя полагает, что если бы эпидемия коронавирусной инфекции пронеслась по Европе до возникновения сельского хозяйства, она унесла бы куда больше жизней, ведь у людей того время при инфекции выделялось значительно больше цитокинов.
В некоторых случаях авторы работы наблюдали обратную картину. При заражении грибком Candida и бактериями Staphylococcus — патогенами, которые, как правило, возникают как локальные инфекции, — у скотоводов, вероятно, возникали более сильные воспалительные реакции, чем у прежних охотников-собирателей. Сильный воспалительный ответ может подавить локализованную инфекцию до того, как она распространится, и с меньшей вероятностью выйдет из-под контроля, в отличие от системной реакции на патогены гриппа или малярии.
Комментируя полученные результаты, коллеги отмечают некоторые ограничения проведенного исследования. Популяционный генетик Джозеф Лашанс из Технологического института Джорджии задается вопросом, могут ли полигенные оценки риска, разработанные для современных людей, предсказать воспаление у людей прошлого. Он отмечает, что со временем патогены эволюционировали и современные методы прогнозирования риска могут оказаться неприменимы к древним штаммам болезней. С ним согласен Луис Баррейро из Чикагского университета, говоря, что авторы исследования «формально не демонстрируют прогностическую ценность полигенных оценок риска». Для надежного доказательства того, что эволюция уменьшила производство воспалительных цитокинов после возникновения сельского хозяйства, необходимо изучить больше образцов древней ДНК как людей, так и возбудителей болезней. Но, как признают и критики, исследование ясно показывает, что так или иначе воспалительные реакции европейцев на патогены в эпоху неолита действительно сильно изменились.
