Путешествие наших генов

Помощь от Пентагона

Мутации, которые были важны для отвратительного повсеместного распространения и течения чумы, использовали как возбудители «черной смерти», так и возбудители первой исторически задокументированной чумной пандемии. Юстинианская чума бушевала в Европе с VI века, спровоцировала десятки миллионов жертв и считается одной из возможных первопричин длительного заката Западной Римской империи. В 2016 году мы смогли реконструировать возбудителя бубонной чумы из этого времени. Он нашелся на кладбище вблизи Мюнхена, где в VI столетии обрела покой умершая примерно в то же время молодая пара. Это добавило к нашим представлениям о юстинианской чуме важное знание: вопреки устоявшимся историческим представлениям, заразная болезнь встречалась не только на Средиземноморских землях, но и в регионах к северу от Альп. Искать геном чумы на лондонском кладбище было естественно, ведь черная смерть, как широко известно, бушевала в этом регионе, здесь в массовых захоронениях лежали ее многочисленные жертвы. Чтобы отследить юстинианскую чуму под Мюнхеном, требовалось уже побольше исследовательской удачи. Полностью открытым долго оставался вопрос о том, где в доисторическое время, о котором не осталось письменных свидетельств, люди умирали от болезни. Это хуже, чем искать иголку в стоге сена — тут даже не знаешь, в каком стоге рыться. Понятно, где находится ДНК умерших людей — в их костях, но в случае со старыми возбудителями болезни нужно еще знать, в каких скелетах искать, то есть какие мертвецы страдали от определенных болезней. Установить нахождение чумного генома в человеческих останках из времени, о котором не знаешь, была ли уже тогда чума, — предприятие с неизвестным исходом. К тому же невероятно дорогое. Искать возбудителя чумы в каждом секвенированном скелете, полагаясь на удачу, было бы слишком дорого. Во всяком случае, так оно было до недавних пор. За то, что сегодня столь широкий поиск возможен, мы благодарны американскому министерству обороны.

В 2012 году Пентагон учредил премию в миллион долларов ученым, которые смогут разработать компьютерную программу для быстрого обнаружения и упорядочивания наследственного материала бактерий и вирусов — чтобы лучше подготовиться к использованию биологического оружия. Больше сотни объединений ученых участвовали в конкурсе, и только три дошли до финала. Состязание называлось Defense Threat Reduction Agency’s Algorithm Challenge. Осенью 2013 года была определена команда победителей, в составе которой оказался мой коллега из Тюбингена, биоинформатик Даниэль Хусон. Чтобы алгоритм можно было использовать и в археогенетике, Хусон вместе с нашим Йенским институтом позднее разработал встраиваемый алгоритм, который позволяет за 24 часа соотнести миллиарды секвенций ДНК с их источником. Программа показывает, какая часть ДНК из скелета человеческая, а какая принадлежит микробам, бактериям или вирусам, и каким именно. Этот новый алгоритм в 200 раз быстрее старых методов. Вместо почти года, как прежде, теперь результатов приходится ждать всего один день. Алгоритм распознает, содержит ли исследуемая ДНК также ДНК бактерий и вирусов, известных как возбудители человеческих болезней. Естественно, срабатывает это только тогда, когда они похожи на широко известных возбудителей и их последовательности хранятся в базе данных. Неизвестные, вымершие болезни так и остаются необнаруженными. До сих пор микробы были продуктом жизнедеятельности, обнаруживаемым при секвенировании человеческой ДНК, а теперь, благодаря новой технологии, стали самоцелью. Многие тысячи скелетов были таким образом исследованы в нашем институте, при этом обнаружили мы не только чуму, но и возбудителей целого ряда других болезней.