Veba Mikrobu Milyonlarca İnsanı Öldürecek Şekilde Nasıl Evrimleşti?

Vebanın sadece adının anılması dahi 1300’lü yıllarda Avrupa’da yayılan “Kara Veba” salgınını hatırlatmaya yeter. Hastalık bütün Avrupa’yı onlarca sene mahvettikten sonra kurbanlarının cesetleri üst üste yığılarak toplu mezarlara gömülmüşlerdi. Veba salgınının sorumlusu olan Yersinia pestis bakterisi günümüzde de kemirgen ve pire nüfusunda yaşayarak çevremizde bulunmakta ve zaman zaman insan salgınları hala dünya çapında görülebilmektedir. Yakın zamanda veba salgını geçen yılın sonlarına doğru Madagaskar’da ortaya çıkmıştı, hatta bu yılın Haziran ayında Amerika Colorado’daki bir çayır köpeği sürüsünde de görüldüğü biliniyor.

Y. pestis üç farklı tipte vebaya sebep olabiliyor ve bunlar da bubonik (hıyarcıklı), pnömonik ve septisemik veba şeklinde ayrılıyor. Pnömonik veba akciğerleri tutarak zatürreeye sebep olan bir tür. Hastalığın en ciddi şekli olan bu tipte ölüm oranları tedavi edilmezse %100’e ulaşıyor, ancak tedavi zamanında başlatılırsa antibiyotikler ile iyileşme mümkün. Temel hijyen standartlarının yükselmesi ve modern tıptaki gelişmeler sayesinde veba salgınlarının şiddeti azalmış olsa da pnömonik vebanın belirtileri gribe o kadar benziyor ki yanlış teşhis konulması ve tedavinin geciktirilmesinin bedelleri ölümcül oluyor.

Y. pestis’in nispeten az zararlı bir bağırsak patojeni olan Yersinia pseudotuberculosis’ten son 5000 – 10.000 yıl içerisinde evrimleştiği biliniyor, bu da evrimsel skalada düşünülürse daha dün sayılır. Bu evrimin bir noktasında Y. pestis yeni bulaşma yolları ve hastalık çeşitleri geliştirerek kendisini yeni hayvanlar ve çevrelere uyum sağlayacak şekilde değiştirdi. Bakteri bu sayede basit bir karın ağrısı sebebi olmaktan çıkıp Orta Çağ’da Avrupa’nın tozunu attıran katil haline geldi.

Laboratuvarımızın başlıca araştırma hedeflerinden bir tanesi Y. pestis’in nasıl olup da pnömonik vebaya sebep olacak şekilde evrimleşmeyi başardığını bulmaktır. Nature Communications dergisinde yayınlanan araştırmamız Y. pestis’in ciddi bir solunum yolu patojeni haline gelmesinde rol oynayan küçük genetik değişiklikler hakkında yeni ufuklar açıyor.

Çalışmamızdan önce, bu alandaki araştırmalar pnömonik vebanın, hıyarcıklı veba olarak bilinen istilacı hastalığın bir yan etkisi şeklinde gelişen bir komplikasyon olduğu üzerinde durmaktaydı. Pnömonik veba insanlardaki mevcut veba enfeksiyonlarının sadece %5-%10’unu oluşturduğu için, araştırmalar pnömonik vebanın yalnızca Y. pestis’in sistemik bir hıyarcıklı veba enfeksiyonu sonrasında akciğerlere ulaştığında gelişen bir hastalık olduğunu varsayıyordu. Her ne kadar şu anda gerçekten sebep bu olsa da, geçmişte olup bitenler bununla alakalı olmayabilir, özellikle de Y. pestis’in atasının Y. pseudotuberculosis olduğunu düşünürsek.

Ordular, İlk Hedefiniz Akciğerler!

Böylelikle araştırmamıza şu basit soruyu sorarak başladık: “Y. pestis akciğerlere bulaşma ve pnömonik vebaya sebep olma yeteneğini ne zaman kazandı?” Hatırlarsanız evrimsel skalada bakterinin bağırsaklardan ziyade akciğerleri hedeflemeye başlamasının daha dün gerçekleştiğini söylemiştik. Y. pestis’in bir ırk olarak 5000 – 10.000 yıl kadar önce ortaya çıktığı biliniyor ancak insanları etkilediği bilinen ilk veba 1500 sene önce Bizans İmparatorluğu’nu etkileyen “Jüstinyen Vebası” olmuştu.

Yakın zamanda yapılan bir keşif araştırmalarımızda bize yardımcı oldu. Bilim insanları Londra, İngiltere’deki bir Kara Veba toplu mezarındaki insan iskeletlerinden Y. pestis DNA’sını çıkartmayı başardılar. Bu tarihi alandan elde edilen genetik malzeme, günümüz dünyasındaki veba salgınlarından elde edilen DNA’ya büyük benzerlik gösteriyor. O zamanlarki DNA’nın günümüzdeki DNA’ya benziyor olması, günümüzdeki Y. pestis bakterilerinin de yıkıcı hastalık yaratabilme kabiliyetlerini koruduğunu gösteriyor.

Y. pestis’in o önemli sıçramayı yaparak akciğerleri hedeflemeye ve böylece pnömonik vebaya yol açmaya başlaması konusundaki soruları cevaplamak adına, hem eski, hem de günümüz Y. pestis DNA’larını çalışmalarımızda inceledik. Transkafkasya yaylalarındaki tarla farelerinden alınmış olan bu eski Y. pestis suşları (soy hatları), hem günümüzde salgın yaratabilen Y. pestis ile hem de nispeten daha iyi huylu atası ve günümüzde hala mevcut olan Y. pseudotuberculosis ile karakteristik benzerlik göstermekteydi.

Böylece, bu eski versiyonların bağırsak Yersiniae bakterileri ve günümüzdeki öldürücü Y. pestis arasında sıkışıp kalan “ortalama” suşlar olduğu düşünülebilir. Gerçekten de bu “ortalama” soydan gelen eski suşlar Y. pseudotuberculosis ile ciddi yakınlık gösterse de aynı zamanda teknik olarak Y. pestis ırkını da temsil ettiğini söyleyebiliriz. Kendisine has genetik özellikleri sayesinde bu eski suşlar, bakterinin Y. pseudotuberculosis’ten evrilirken yeni konak ortamlarına nasıl adapte olabildiği konusunda önemli bilgiler verebilir.

Şaşırtıcı bir biçimde, bu eski suşların da günümüz Y. pestis bakterisinin farelerde yarattığı pnömonik vebadan ayırt edilemeyecek şekilde bir pnömonik veba yaratabilme yetenekleri olduğunu keşfettik, ancak bunun için bakterilerin Pla isminde bir tekil protein geni taşıması gerekiyor. Pla, Y. pestis’e münhasır bir protein ve ırkın evriminin daha ilk aşamalarında elde edilmiş bir yeteneği.

Y. pestis’in neredeyse tüm eski suşlarında Pla geni bulunuyor ancak Pla’nın elde edilmesinden önce zamanlardan gelen birkaç eski Y. pestis temsilcisi de hala mevcut. Pla geni olmayan bu suşları pnömonik vebaya sebep olabilme konusunda teste tabi tuttuk ve olmadıklarını gördük. Ancak Y. pestis bu geni elde eder etmez bakteri pnömonik veba salgınlarına yol açmaya başladı. Geçmişteki ve şimdiki Y. pestis arasında düzinelerce ilave farklılık olsa da bu konuda sadece bir tek bu değişikliğin yapılması bakterinin ölümcül bir patojen olmasını sağlamış durumda. Yani Y. pestis pnömonik veba yapabilme yeteneğini düşündüğümüzden de evvel zamanda edinmiş durumda, bu Pla genini elde eder etmez bakterinin ölümcüllüğü artmıştı.

İkinci Hedef, Bulaşıcılığı Arttır!

Ancak hikaye burada bitmiyor. Görünüşe göre Y. pestis’in tüm modern salgın suşlarında eski suşlarda görülmeyen, Pla geninde bir tekil aminoasit mutasyonu mevcut. Bu değişiklik Pla proteinin fonksiyonunu hafifçe değiştiriyor ancak bu mutasyon eski veya modern fark etmeden Y. pestis’in pnömonik vebaya sebep olabilme yeteneği ile ilgili bir rol oynamıyor.

Oldukça şaşırtıcı olarak, bu modifikasyon Y. pestis’in hasta bir pire veya kemirgen ısırığı sonrası konak dokunun daha derinlerine yayılmasına ve hıyarcıklı vebanın alametifarikası olan şişmiş lenf nodlarına sebep olmasına olanak tanıyor. Bu da Y. pestis’in en başında bir solunum sistemi patojeni olduğunu ve daha sonra istilacı enfeksiyonlar yaratabilme yeteneğini kazandığını düşündürüyor.

Bu keşif ile vebanın nasıl evrildiği konusundaki düşüncelerimiz değişebilir. Pnömonik vebanın Y. pestis’in silahları arasına sonradan eklendiği konusundaki genel algının aksine, görüldüğü üzere bakterinin akciğeri hedefleme kabiliyeti kendisinin bulaşıcı bir patojen olmasından daha önce gerçekleşmiş bir durum. Araştırmalarımızın ışığında Pla geninin kazanımı ve pnömonik vebaya yol açma özelliği 1500 – 5000 yıldan önce meydana geldi. Ancak aminoasit modifikasyonu gerçekleşeli hemen hemen 1500 yıl oldu ve bu da Y. pestis’in daha ölümcül olmasını sağladı. Y. pestis’in Jüstinyen Vebası zamanından ve sonrasından gelen tüm suşlarında Pla’nın ölümcül modifikasyonu varken ondan önceki zamanlardaki suşlarda bu mevcut değil.

Vardığımız sonuçlar tek bir ufak aminoasit değişikliği ile Y. pestis’in sadece yerel salgınlar yaratan bir bakteri olmaktan çıkıp Jüstinyen Vebası ve Kara Veba’nın müsebbibi olan bir seri katile dönüşmesini açıklar nitelikte.

Ve bu sonuçlar aynı zamanda diğer solunum yolu patojenlerinin de böyle ufacık genetik değişiklikler sonucunda edinebilecekleri yetenekler konusunda ürpertici olasılıkları da düşündürmüyor değil.