Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.

---

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Сразу же после контакта жителей Старого Света и индейцев Америки на новооткрытый континент обрушился поток не известных аборигенам технологий, растений, животных и, конечно же, инфекционных агентов. Европейские болезни вызывали эпидемии, которые даже в 19 столетии продолжали сокращать численность местного населения. На некоторых территориях популяционные потери достигали 95%. Считается, что массовые заболевания ослабили индейские государства и облегчили завоевание Америки. Однако микроскопические соратники европейцев, ответственные за многие эпидемии тех лет, до сих пор остаются неизвестными.

Немного истории

В 1518 году, к моменту появления в Центральной Америке испанцев под предводительством Эрнана Кортеса (рис. 1), территория, захваченная ацтеками Теночтитлана и их союзниками (городами Тескоко и Тлакопан) , занимала около трети нынешней Мексики — от Тихоокеанского побережья до Гватемалы и Чиапаса, — охватывая почти целиком штаты Веракрус, Пуэбла, Идальго, Мехико, Морелос и большую часть Герреры и Оахаки. Общее количество подконтрольных последнему правителю Теночтитлана Монтесуме II поселений приближалось к 500 [1], [2].

Историческая справка об образовании ацтекского государства приведена в последней врезке статьи.

Однако то, что в большинстве источников принято называть Ацтекской империей, по сути, империей не являлось: это было объединение побежденных в войнах городов, платящих дань Тройственному союзу и время от времени поднимавших восстания против захватчиков. Зависимость от ацтеков и обязанность постоянно поставлять людей для жертвоприношений богу Уицилопочтли стали поводом для перехода многих городов на сторону испанцев, приступивших к захвату Теночтитлана.

А захватывать было что: столица ацтеков (рис. 2) буквально купалась в золоте. Но это была не дикая роскошь — испанцам открылось развитое ацтекское государство. Богатая архитектура с высокими башнями и храмами, ухоженные тенистые сады, маисовые и хлопковые террасные поля, дающие большие урожаи, охраняемые дороги с «закусочными» и общественными туалетами на всем протяжении, бани в каждом доме и общественные парные в городах. Обработка камня и кожи, изготовление бумаги, ткачество, ковка и литье — во всём этом ацтеки достигли больших высот. Оркестры, играющие ритмичную музыку на нескольких видах ударных инструментов, колокольчиках, трещотках, флейтах и трубах из раковин; поэты и певцы, художники и скульпторы... И всюду чистота и порядок: мощеные улицы, ежедневно подметаемые тысячей уборщиков, ароматические деревья вдоль главных проспектов, патрули, охраняющие спокойствие горожан. Даже рынки делились на сектора по видам товаров, продукты разных типов хранились по отдельности, а на прилавках их сортировали по качеству. Теночтитлан просто поразил испанцев: европейские города того времени ему сильно проигрывали [1], [3], [4]. Однако настоящий культурный шок вызывало другое: при таком уровне общественного развития ацтеки продолжали приносить массовые человеческие жертвы — с поджариванием на кострах и вырыванием сердец.

В Теночтитлане испанцев встретили дружелюбно, но они быстро изменили мнение ацтеков о себе, начав с тайного взятия в заложники Монтесумы II (рис. 3) и разграбления государственной казны и закончив разрушением идолов в храме Уицилопочтли и попыткой прекратить человеческие жертвоприношения во время праздника. Вынужденный служить марионеткой в испанских руках, Монтесума не оправдывал ожидания своего народа и должен был умереть — случилось это стараниями то ли восставших подданных, то ли спасающихся от них захватчиков. Так или иначе, бежавшие из города конкистадоры оставили ацтекам отлично подготовленных диверсантов — возбудителей оспы и других заболеваний. В конце 1520 года начались эпидемии, а вместе с ними пришли неурожай и голод. В течение года погибло около 50% населения Теночтитлана и окрестностей, в том числе множество знатных общественных деятелей, военачальников и политиков, что, безусловно, отразилось на способности ацтеков противостоять завоевателям [5].

А Кортес тем временем объединил под своим флагом десятки индейских городов, захватил Тескоко (вторую столицу Тройственного союза) и в 1521 году осадил Теночтитлан. Спустя 80 дней столица ацтекского государства пала, и в этот раз испанцы ее разрушили и сожгли дотла. Сменившие чистоту и порядок антисанитария, хаос и разруха привели к новым эпидемиям среди индейцев в разных районах Мексики. Наиболее крупными были эпидемии 1545–1548 и 1576–1580 годов, «выкосившие» по разным оценкам от 7 до 18 миллионов местных жителей, которых в 1519 году насчитывалось 25 миллионов [3].

Возникает резонный вопрос: насколько у ацтеков была развита медицина — могли ли они что-то противопоставить новой угрозе?

Медицина ацтеков

Составляющие здоровья и здравоохранение по-ацтекски

Хотя население Мезоамерики не подвергалось таким обширным эпидемиям, что прошлись по средневековой Европе, жизнь индейцев не была столь радужной, как ее иногда представляют популярные источники. Недоедание и инфекции не были для мезоамериканцев редкостью. Если человек доживал до 15 (а это не удавалось 30–40% индейцев доколумбовой Америки), то мог протянуть еще лет 13–29. Но всё равно, по сегодняшним меркам, 44 года — не такая уж и долгая жизнь [6].

Жители владений Тройственного союза питались не более двух раз в сутки, в основном кукурузными лепешками, на приготовление которых ежедневно уходило часа по четыре. Тех, кто ел чаще, считали обжорами, а пьянство приравнивалось к серьезным преступлениям. Позднее индейцы говорили, что причина массовых болезней и смертей крылась в образе жизни, который принесли в Мезоамерику испанцы: они научили аборигенов есть много мяса и жира, пить много алкоголя и спать на мягких кроватях, отчего люди стали ленивыми, праздными и неустойчивыми к козням злых сил [6].

Ацтеки использовали для обозначения человеческого тела слово «тонакайо» (tonacayo), которым также называли сельхозпродукты, особенно кукурузу — основную пищу индейцев . По местным представлениям, в людях заключались три жизненно важные силы: йолия (yolia), иийотль (ihiyotl) и тоналли (tonalli). Любые изменения этих сил сказывались на здоровье [6].

На этом тождестве, кстати, основан религиозный ритуал сдирания кожи с человека: как при очистке кукурузы обнажается всё самое лучшее, так и при снятии кожи бог получает лучшую часть человека.

• Йолия располагалась в сердце и, подобно христианской душе, оживляла тело, отвечала за характер и была бессмертной.
• Иийотль находился в печени и пробуждал порочные страсти, гнев и зависть. Безнравственные поступки индейцы называли грязными, и этой грязью (тлацолли) преступник загрязнял не только себя, но и окружающих. На этом представлении основаны все правила гигиены ацтеков, которые они четко соблюдали. Дома и дворы ежедневно подметали, чтобы удалить тлацолли из своего жизненного пространства. А для избавления от «грязи» на теле индейцы купались, неосознанно смывая и грязь вполне реальную. В ежедневном ритуале купания ацтеки пользовались подобием мыла из богатого танинами плода копальшокотль (Сyrtocarpa edulis). При лечении же многих физических и психических заболеваний применяли так называемые потные ванны [4], [6].

Когда садишься есть, ты должен вымыть руки твои, умыть лицо твое, умыть рот твой... И когда еда закончится... ты должен поднять [упавшие крошки] и подмести место, где ел. И когда ты поешь, еще раз помой руки твои, вымой рот твой, очисти зубы.

• Тоналли содержалось в голове и давало телу тепло. Рост человека связывали с его тоналли, волосы на голове защищали тоналли и потому считались очень важными: их удаление, по мнению ацтеков, делало человека восприимчивым к недугам. А значит, индейцы перед выполнением особо трудозатратных работ предпочитали не стричься и даже не мыть голову [6].

Ну и конечно, на здоровье ацтеков влияло множество богов и богинь. Так что природа того или иного заболевания была для индейцев сложносоставной, зависящей и от реальных средовых факторов, и от мира потустороннего, и от состояния внутренних жизненных сил человека (рис. 4).

Поэтому ацтекские целители (тицитли) должны были быть одновременно врачами и шаманами — чтобы возвращать жизненные силы и «заговаривать» богов. Тицитлями могли становиться и мужчины, и женщины, что выгодно отличало медицину Нового Света от европейской. Хотя и ацтеки не избежали гендерных ограничений в некоторых видах деятельности: только женщины могли лечить глаза и принимать роды, но только мужчины имели право зашивать раны и пришивать оторванные в битвах уши и носы [6].

С приходом к власти испанцев избранные, зажиточные горожане получили возможность пользоваться услугами терапевтов и хирургов с европейскими медицинскими знаниями, ну а остальных жителей Мексики (индейцев, негров, метисов, мулатов и белых бедняков) продолжали врачевать тицитли. В 1545 году в Мехико практиковали всего четыре сертифицированных доктора. И даже 200 лет спустя мексиканские города продолжали страдать от нехватки медиков [6].

Типичные мезоамериканские недуги и снадобья

Какие же инфекции одолевали жителей Тройственного союза до контакта с европейцами? Археология и история говорят о нередких случаях туберкулеза и сифилиса: их следы обнаружены на выкопанных скелетах, а лекарства от них описаны в ацтекском травнике. Однако чаще по Мезоамерике, как и везде, гуляли желудочно-кишечные и респираторные инфекции: бациллярная и амебная дизентерии, грипп и вирусная пневмония, сальмонеллез и т.д. Ацтекская медицина знала много способов борьбы со всей этой «заразой». Но как только на побережье Мексики в 1519 году высадились европейцы, масштабы и разнообразие мезоамериканских заболеваний стали стремительно увеличиваться [6].

Работа ацтекских тицитлей основывалась главным образом на лекарственных растениях, однако они использовали и минералы, и плоть некоторых животных. В 1570 году король Испании отправил в Мексику врача Франсиско Эрнандеса, который за семь лет описал более 1200 растений из ацтекского травника (рис. 5). Например, Psoralea pentaphylla тицитли с успехом использовали в качестве жаропонижающего, Garrya laurifolia — как средство от дизентерии, валериану — как спазмолитик, Commelina pallida — в качестве кровоостанавливающего, а болотную мяту — при простуде. Воспаления дыхательных путей лечили банным паром, миозиты и растяжения — массажем, опухоли — припарками из трав или хирургически. Ацтекские врачи настоятельно рекомендовали регулярно чистить зубы солью или измельченным углем. Если больному зубу не помогала смесь сосновой коры с земляными червями, перец или соль, то тицитль прокалывал десну и прикладывал специальную траву. Зуб, который нельзя было вылечить, удаляли, а в рану закладывали соль [3], [7].

Понятно, что ацтеки, как и европейцы, в то время не знали антибиотиков, а иммунитета к новым для Мезоамерики заболеваниям у местного населения не было. Поэтому во время конкисты смертоносные эпидемии для Новой Испании стали обычным делом.

Эпидемии

В 16 веке по Мексике прокатилось 15 серьезных эпидемий. Самые крупные и известные из них — эпидемия оспы 1520–1521 годов и великие эпидемии (на языке науа — коколицтли, «мор») 1545–1548 и 1576–1580 годов с пока не подтвержденной этиологией. Во время последних в Новой Испании происходили крупные общественные изменения: обращение в христианство, уничтожение древней культуры, архитектурные преобразования и общее ухудшение санитарных условий [6], [8].

Коколицтли 1576 года в деталях описали испанские врачи Франсиско Эрнандес и Алонсо Лопез де Инохосос. Симптомы заболевания включали лихорадку с сильной головной болью, сухостью рта, головокружением, болью в животе и кровоизлияниями. Болезнь могла привести к смерти через 4–5 дней после появления симптомов. Таким образом, эпидемию 1576–1580 годов связывают с какой-то геморрагической лихорадкой [8].

Александр фон Гумбольдт, как и многие другие ученые, в 19 веке пытался вычислить виновника эпидемии 1545 года и предположил тиф. Однако исторические источники не упоминают типичную тифозную сыпь, зато описывают кровотечения из носа — симптом, которого нет среди современных признаков заболевания. Тем не менее масштабы смертности при коколицтли 1545–1548 годов сделали тиф правдоподобным объяснением наряду с оспой, корью или чумой [6], [9].

Исследовать эпидемии, буйствовавшие сотни лет назад, — задача не из легких. Большинство инфекционных болезней не оставляет характерных следов на скелетах, а исторические описания не лишены ошибок перевода и могут описывать формы заболевания, отличные от современных. Потому и выдвигаемые гипотезы часто противоречивы и не могут быть подтверждены на 100%.

В 1998 году группа французских исследователей искала возбудителей европейской эпидемии чумы 1347–1351 годов. В качестве материала они решили использовать пульпу зубов умерших в то время французов. Пульпа чрезвычайно насыщена кровеносными сосудами, а потому должна была накопить немалое количество патогенов, циркулирующих в крови больного человека. В результате французы обнаружили в пульпе ДНК Yersinia pestis, доказав тем самым этиологию эпидемии. Позже, в 2015 году, другие биологи сравнили эту ДНК с геномом намного менее агрессивной Y. pestis, распространенной 2800–5000 лет назад, и установили, что штамм, вызвавший Черную смерть 14 века, произошел от этого древнего и менее опасного организма [8].

Великий истребитель ацтеков

В феврале 2017 года группа ученых из Германии, Швейцарии, США и Мексики опубликовала на портале препринтов bioRxiv статью, проливающую свет на причину мексиканской эпидемии 1545–1548 годов [9]. По примеру французских исследователей, они изучили ДНК из пульпы зубов останков ацтеков, найденных на кладбище древнего города Тепосколула Юкундаа в штате Оахака.

Раскопки вели и на бывшем церковном кладбище, и в месте массовых захоронений во время эпидемии — на главной площади, где в общих могилах покоится более 800 человек (рис. 8). Древняя ДНК в скелетах сохранилась очень хорошо, а типизация по митохондриальной ДНК подтвердила, что все изучаемые умершие — коренные американцы. Анализ изотопов кислорода в останках и профиль геномных гаплогрупп также показали их сходство с современными миштеками [9], [11].

Для анализа огромной базы полученных из зубной пульпы фрагментов ДНК ученые применяли методы MALT (MEGAN Alignment Tool) и GWAS . В трех образцах удалось обнаружить ДНК бактерии Salmonella enterica. Наибольшее количество совпадений было с S. enterica subsp. enterica серовар Paratyphi C штамм RKS4594 (NC_012125.1), вызывающим паратиф С. В доколумбовых могилах ни одного фрагмента ДНК таких сальмонелл не нашли [9].

О методике GWAS «биомолекула» рассказывала в статье «GWAS и психогенетика: консорциумы в поисках ассоциаций» [13].

По сравнению с современным референсным штаммом RKS4594 у древней сальмонеллы обнаружили дополнительные регионы в хромосомном острове патогенности 7 (SPI-7). Один из таких регионов состоит из пяти генов: pilS, pilU, pilT, pilV и rci. Они входят в состав оперона, отвечающего за формирование пилей, и хорошо изучены у S. Typhi. Гены pil — структурные, а rci кодирует рекомбиназу, которая, взаимодействуя с 19-членными инвертированными повторами в гене pilV, способна буквально переворачивать его. Именно так клетки S. Typhi регулируют синтез нужного типа белка PilV: когда экспрессируется перевернутый ген, у бактерий пили типа IVB формируются неполноценными либо не формируются вовсе, а это помогает микробам агрегироваться в бедной кислородом кишечной среде и поражать ткани хозяина. У некоторых современных штаммов S. Paratyphi C, включая RKS4594, этих генов либо нет, либо они дегенерированы. У большинства других 19-членный повтор заменен 20-членным, что блокирует работу Rci-рекомбиназы. Иными словами, современные возбудители паратифа, как правило, не способны «вращать» ген pilV. Авторы исследования полагают, что полноценный pil-регион в составе SPI-7 древней сальмонеллы существенно увеличивал ее патогенность, а следовательно, повышал вероятность обширной эпидемии [9].

Кроме того, в пульпе ацтекских зубов обнаружили плазмиду вирулентности pSPCV — обычного компонента современной S. Paratyphi C.

Все эти находки прямо указывают на то, что великая эпидемия 1545–1548 годов была вызвана паратифозной сальмонеллой. К сожалению, исследователи фокусировались на конкретном возбудителе и не пытались найти других инфекционных агентов, которые тоже могли поучаствовать в истреблении ацтеков. А они, скорее всего, были. Ведь исторические хроники описывают один симптом — кровоизлияния в желудочно-кишечном тракте, — который не характерен для паратифа С. Это подводит к мысли, что коколицтли 1545 года — плод смешанной инфекции, где сальмонелла была лишь одним из участников, но явно способным усугублять положение больных. Нечто подобное было, например, во время знаменитой «испанки» , пандемии гриппа 1918 года, когда вирусная инфекция сделала людей более восприимчивыми к пневмококкам [8], [9].

О том, как птичий вирус гриппа смог «взломать» гликорецепторы эпителия дыхательных путей человека и превратился в смертоносную «испанку», рассказывает статья «Объяснена различная вирулентность вирусов гриппа — возбудителей “испанки”» [21].

Заключение

Интернациональная группа ученых наконец-то приоткрыла завесу тайны над этиологией великой эпидемии 1545–1548 годов в Новой Испании. Одним из виновников эпидемии оказалась сальмонелла паратифа С. До прихода испанцев этой бактерии в Мезоамерике не было, зато в Старом Свете она циркулировала еще 800 лет назад, то есть занесли ее на американский континент именно европейцы, которые были восприимчивы к этому серовару сальмонеллы на 60–90% меньше, чем местное население [9], [20]. К сожалению, этот тайный герой конкисты вместе с собратьями, вызывающими оспу, корь и геморрагическую лихорадку, привел к трагическим последствиям для ацтеков. Не будь его, кто знает, по какому пути пошла бы история Мезоамерики...

Литература

1. Баглай В.Е. Ацтеки: история, экономика, социально-политический строй (Доколониальный период). М.: Издательская фирма «Восточная литература» РАН, 1998. — 432 с.;
2. фон Хаген В. Ацтеки, майя, инки. Великие царства древней Америки. М.: «Центрполиграф», 2010. — 950 с.;
3. Брэй У. Ацтеки. Быт, религия, культура. М.: «Центрполиграф», 2005. — 240 с.;
4. Harvey HR. (1981). Public health in Aztec society. Bull. NY Acad. Med. 57, 157–165;
5. Diamond, Jared M. 1999 Guns, Germs, and Steel: the Fates of Human Societies. New York: Norton. 480 p.;
6. Fields S. Pestilence and headcolds — encountering illness in Colonial Mexico. NY: Columbia University Press, 2008;
7. Сустель Ж. Ацтеки. Воинственные подданные Монтесумы. М.: «Центрполиграф», 2010. — 288 с.;
8. Puente J.L. and Calva E. (2017). Perspective: the one health concept — the Aztec empire and beyond. Pathog. Dis. 75, doi: 10.1093/femspd/ftx062;
9. Åshild J. Vågene, Alexander Herbig, Michael G. Campana, Nelly M. Robles García, Christina Warinner, et. al.. (2018). Salmonella enterica genomes from victims of a major sixteenth-century epidemic in Mexico. Nat Ecol Evol;
10. Robles García N.M. and Spores R. (2008). Teposcolula, Oaxaca. Arqueología Mexicana. 90, 42–43;
11. Warinner C.G. Life and death at Teposcolula Yucundaa: mortuary, archaeogenetic, and isotopic investigations of the Early Colonial Period in Mexico: a dissertation. — Harvard University Cambridge, 2010. — 346 p.;
12. Galeana Cruz E.J. Glesia y casa dominica de principios del siglo XVI en una ciudad Mixteca: Yucundaa. Сайт Red Mexicana de Arqueología;
13. GWAS и психогенетика: консорциумы в поисках ассоциаций;
14. Herbig A., Maixner F., Bos K.I., Zink A., Krause J., Huson D.H. (2016). MALT: Fast alignment and analysis of metagenomic DNA sequence data applied to the Tyrolean Iceman. bioRxiv;
15. Gal-Mor O., Boyle E.C., Grassl G.A. (2014). Same species, different diseases: how and why typhoidal and non-typhoidal Salmonella enterica serovars differ. Front. Microbiol. 5, 391;
16. Burke M., Gabe M., Swenton R., Voth J., Mangin W., Potter T. (2016). Salmonella enterica serovar Paratyphi. MicrobeWiki, University of Oklahoma;
17. Малая РНК большого значения;
18. Wei-Qiao Liu, Ye Feng, Yan Wang, Qing-Hua Zou, Fang Chen, et. al.. (2009). Salmonella paratyphi C: Genetic Divergence from Salmonella choleraesuis and Pathogenic Convergence with Salmonella typhi. PLoS ONE. 4, e4510;
19. Мобильные генетические элементы прокариот: стратификация «общества» бродяжек и домоседов;
20. Zhou Z., Lundstrøm I., Tran-Dien A., Duchêne S., Alikhan N.-F., Sergeant M.J. et al. (2017). Millennia of genomic stability within the invasive Para C Lineage of Salmonella enterica. bioRxiv;
21. Объяснена различная вирулентность вирусов гриппа — возбудителей «испанки».