선페스트가 인간 면역 체계를 어떻게 재편성했는지

선페스트는 여전히 전 세계 곳곳에서 발견되지만, 현대 항생제 덕분에 과거보다 치료하기가 훨씬 쉬워졌습니다. 하지만 이 질병은 여전히 ​​인류에게 흔적을 남겼을 수 있습니다.

 

현미경으로 보면 Yersinia pestis는 특별히 특별해 보이지 않습니다. 이것은 일종의 짧고 끝이 둥근 막대 모양의 박테리아의 표준적인 모양 이며 상대적으로 움직이지 않습니다. 그러나 한때 유럽 인구의 3분의 1을 앗아갔고 전 세계적으로 수백만 명의 목숨을 앗아간 질병의 원인이 되었습니다 .

선페스트라는 단어를 언급하는 것 자체가 오늘날에도 두려움과 매혹을 불러일으키는 경향이 있습니다. 이 질병은 이제 미국과 유럽 모두에서 거의 사라지고 있는데, 이는 주로 감염된 벼룩이 인간에게 쉽게 퍼지는 것을 방지하는 생활 방식의 변화 덕분입니다. 발생하더라도 항생제로 비교적 쉽게 치료할 수 있어 생명을 구할 수 있습니다. 하지만 아직도 사건이 발생하고 있습니다.

가장 최근에는 미국 오레곤의 한 남성이 자신의 애완 고양이에게서 선페스트에 감염되었습니다 . 콜로라도대학교 안슈츠 캠퍼스에서 선페스트를 연구하고 있는 진화유전학자 폴 노먼(Paul Norman)에게는 이는 그리 놀라운 일이 아니다.

“ 미국에는 여전히 전염병이 거의 남아 있지 않습니다 .”라고 그는 말합니다. 다람쥐나 프레리도그와 같은 야생동물에서는 여전히 이 바이러스가 순환하고 있다고 그는 덧붙였습니다. 평균적으로 미국에서는 매년 약 7건의 인간 흑사병 사례가 보고되지만 , 사망 사례는 2000년에서 2020년 사이에 14건으로 훨씬 덜 흔합니다. 마다가스카르와 같은 세계 일부 지역에서는 이 질병이 더 흔합니다 .

그러나 과거에 비해 상대적으로 드물긴 하지만 선페스트는 인류에게 그 흔적을 남겼고 오늘날을 살아가는 사람들의 게놈에서도 여전히 발견될 수 있습니다.

예르시니아 페스티스(Yersinia pestis)는 수천 년 동안 인류를 괴롭힌 것으로 생각됩니다. 박테리아에 대한 DNA 증거가 4,000년 전의 해골에서 발견되었습니다 . 그러나 1300년대 초에 한 종류의 박테리아가 흑사병이라는 이름으로 유럽으로 폭발했습니다. 이 질병은 현재 키르기스스탄인 추이 계곡(Chui Valley) 주변 마을에서 유래한 것으로 생각됩니다 . 아마도 감염된 마멋의 벼룩을 통해 사람에게 전달된 후 실크로드 무역로를 따라 유럽으로 퍼졌을 것 입니다.


역사적 기록과 설명에 기초한 추정에 따르면 흑사병은 1300년대 중반까지 약 5천만 명의 유럽인을 죽인 것으로 추정됩니다. 너무 많은 사망자가 발생하면서 급락했을 당시 농업 활동에 대한 최근 연구에 따르면 일부 지역은 질병으로 황폐화되고 다른 지역은 거의 영향을 받지 않는 등 모든 곳에서 피해가 그렇게 극적이지는 않았을 수 있다고 합니다. 그러나 수세기에 걸쳐 전염병으로 인해 최소 2억 명이 사망한 것으로 추정됩니다 .

전염병의 발생은 너무나 치명적이었기 때문에 연구자들은 전염병이 인간의 면역체계에 영구적인 흔적을 남겼는지 오랫동안 궁금해해 왔습니다. 특히, 한 이론에서는 흑사병이 14세기에 자연 선택의 한 형태를 만들어낼 만큼 널리 퍼졌을 수 있다고 제안합니다. 아이디어는 살아남은 개인 중 일부가 미래 세대에 그렇게 하는 데 도움이 되는 유전적 특성을 물려줄 수 있다는 것이었습니다.

"흑사병은 유럽의 인구에 엄청난 압력을 가했습니다."라고 Norman은 말합니다. "그것은 지속적이고 파괴적이었고, 그 상황에서 유전적 측면에서 약간의 이점을 가진 사람이라면 누구나 살아남을 가능성이 더 높았을 것입니다."

그러나 비교적 최근까지 이 질문에 답하기 위해 어떤 종류의 데이터를 수집하는 것은 거의 불가능했습니다. 대량 매장지에서 발견된 고대 전염병 희생자들의 유골에서 DNA 서열을 분석하는 것은 매우 어려운 일로 악명이 높습니다. 과학자들은 종종 가장 작은 DNA 조각을 가지고 작업해야 하는데, 그 중 다수는 심하게 오염되어 있습니다.

런던 프란시스 크릭 연구소(Francis Crick Institute)의 고대 유전체학 연구실을 이끄는 스웨덴 유전학자 폰투스 스코그랜드(Pontus Skogland)는 "대부분의 DNA가 실제로 사람이 사망한 후 골격에 침입한 토양이나 박테리아에서 나온 것임을 발견하는 것은 매우 흔한 일"이라고 말했습니다.

그러나 전문가들은 온전한 인간 DNA가 여전히 확실하게 발견될 수 있는 해골의 한 조각을 발견했습니다. 뼈 미로 라고 불리는 이 미로 는 내이 안에 있으며 인체에서 가장 밀도가 높은 부분 중 하나입니다. Norman은 "여기는 DNA를 추출하는 데 가장 성공적인 장소입니다."라고 말했습니다. "그것은 아주 아주 작은 뼈로 아직도 두개골 표본에서 보호되고 있습니다. 너무 끔찍해지지 않으려면 두개골에 구멍을 뚫어 뼈 조각을 얻어야 합니다. 반면 다리 뼈와 같은 뼈는 극도로 다공성이고 박테리아가 훨씬 더 쉽게요."

지난 3년 동안 이는 과거 전염병 발병에서 살아남은 사람과 그 이유에 대한 새로운 통찰력을 얻는 데 도움이 되었습니다.

면역 조절

인간 백혈구 항원(HLA) 시스템은 세포 표면의 단백질을 암호화하는 유전자 그룹으로 구성되며, 이는 면역 반응을 조정하는 데 중요한 역할을 합니다. 최근 연구에 따르면 코로나19에 무증상인 일부 사람들은 바이러스에 대한 자연적 보호의 한 형태로 작용하는 특정 HLA 변종을 보유하고 있음을 의미하는 유전자 복권의 혜택을 받은 것으로 나타났습니다.

"HLA 유전자의 역할은 신체 내 외부 침입을 식별하고 면역체계가 병원체 단백질에 감염된 세포를 찾아서 파괴하도록 지시하는 것입니다."라고 Norman은 말합니다. "이러한 유전자의 상대적으로 희귀한 변종은 일부 사람들이 대유행에서 살아남는 데 도움이 될 수 있으며, 코로나19 사망자가 훨씬 더 높았다면 인류는 이러한 변종의 빈도가 훨씬 더 높았을 것입니다."

그 상황에서 유전적 측면에서 조금이라도 유리한 점이 있는 사람은 생존 가능성이 더 높았을 것입니다 - 폴 노먼
2021년에 Norman과 그의 동료들은 HLA 변이가 중세 전염병 발병에서 살아남은 사람을 결정하는 데 역할을 했을 가능성이 있음을 입증했습니다 . 연구자들은 독일 엘방엔(Ellwangen) 마을에서 16세기 흑사병 희생자들의 집단 무덤을 조사하고 36개의 해골에서 게놈의 서열을 분석했습니다. 그들은 오늘날 Ellwangen에 살고 있는 사람들의 DNA와 비교했을 때 그 마을의 21세기 주민들은 다양한 HLA 유전자에 미묘한 차이가 있다는 것을 발견했으며, 이로 인해 그들의 조상은 페스트균( Yersinia pestis)과 더 잘 싸울 수 있게 되었을 것입니다.

2년 전, 국제 연구자 그룹은 런던과 덴마크 전역의 묘지에서 14세기 이전, 도중, 이후에 사망한 약 500명의 유골에서 유전자 샘플을 수집하여 흑사병이 인간 면역에 어떤 영향을 미쳤을 수 있는지 조사하려고 했습니다 . 감염병 세계적 유행.

특히 그들은 인간 면역 세포가 페스트균( Yersinia pestis) 및 기타 병원체와 싸우는 데 도움이 되는 것으로 알려진 단백질을 암호화하는 ERAP2라는 유전자와 관련된 패턴에 주목했습니다. 그러나 ERAP2의 한 변종은 더 제한된 형태의 단백질을 생산하는 반면, 다른 변종은 전체 크기의 단백질을 생산합니다.

연구에 따르면 후자의 ERAP2 변종을 보유한 중세 런던 시민과 덴마크인은 흑사병에서 살아남을 가능성이 두 배나 높았습니다. 14세기 말까지 연구자들은 조사 대상 런던 시민의 50%와 덴마크인의 70%가 이 변종을 가지고 있다는 것을 발견했습니다.

그러나 우리는 여전히 더 많은 것을 배워야 합니다. Skogland는 연구자들이 ERAP2 변종과 같은 적응이 실제로 널리 퍼져 우리 DNA에 통합되었는지 확인하기 위해 흑사병 당시와 그 이후 몇 세기에 걸쳐 유럽 전역에 살았던 개인으로부터 수천 개의 게놈을 더 연구해야 한다고 말했습니다.

"이번 발병에 대해 보호 효과가 있는 유전자는 그러한 사건 이후 빈도가 상당히 증가했을 수 있습니다."라고 그는 말합니다. "그러나 이것은 단지 몇 세대에 걸쳐 이루어졌을 수도 있습니다."


Skogland는 전염병보다 훨씬 더 지속적이고 독성이 강하여 수억 명의 목숨을 앗아간 천연두와 같은 질병이 현대 면역 체계 형성에 더 큰 영향을 미칠 수 있었는지 궁금해합니다.

그러나 전염병은 특별한 매력을 지니고 있으며, 전염병이 먼 조상들에게 어떤 영향을 미쳤는지 연구함으로써 귀중한 정보를 얻을 수 있습니다. 캐나다 온타리오 주 맥마스터 대학교의 진화생물학자인 Hendrik Poinar는 "전염병이 어떻게 진화하는지, 그리고 왜 특정 계통이 사망률 측면에서 더 독성이 있었는지 살펴보는 것은 문제가 될 수 있는 계통의 진화를 이해하는 데 중요합니다."라고 말합니다.

Skogland는 Yersinia pestis가 아직 벼룩에 의해 전파되는 능력을 개발하지 않았던 약 4,000년 전 영국의 Somerset과 Cumbria에서 발견된 전염병 피해자에 대한 연구를 지적합니다 .

"우리는 박테리아에 벼룩에 의한 전염을 허용하는 유전적 요인이 부족하다는 것을 DNA에서 볼 수 있습니다"라고 그는 말합니다. "그러나 그것을 진화시킴으로써 인간의 건강에 엄청난 영향을 미쳤습니다. 그러나 우리는 또한 과거에 진화가 문제를 어떻게 처리했는지, 수천 년 전에 그러한 질병과 싸우기 위한 생물학적 메커니즘을 어떻게 생각해 냈는지로부터 배울 수 있습니다. 이는 매우 중요합니다. 이를 사용하여 오늘날 백신과 약물 개발에 도움을 줄 수 있습니다."