Bagaimana Penyakit Pes Memperbaiki Sistem Kekebalan Tubuh Manusia

Wabah pes masih ditemukan di lokasi yang tersebar di seluruh dunia, namun berkat antibiotik modern penyakit ini jauh lebih mudah diobati dibandingkan di masa lalu. Namun, penyakit ini mungkin masih meninggalkan jejaknya pada umat manusia.

Di bawah mikroskop, Yersinia pestis tidak terlihat istimewa. Bentuknya cukup standar untuk bakteri – sejenis batang pendek dengan ujung bulat – dan relatif tidak bergerak. Namun penyakit ini bertanggung jawab atas penyakit yang pernah memusnahkan sepertiga populasi Eropa dan menyebabkan jutaan kematian di seluruh dunia .

Penyebutan kata penyakit pes cenderung menimbulkan ketakutan dan ketertarikan bahkan hingga saat ini. Penyakit ini sekarang semakin langka di AS dan Eropa, sebagian besar disebabkan oleh perubahan gaya hidup yang mencegah penyakit ini menyebar ke manusia melalui kutu yang terinfeksi dengan mudah. Bahkan jika penyakit ini benar-benar terjadi, penyakit ini dapat dengan mudah diobati dengan antibiotik , sehingga dapat menyelamatkan nyawa. Namun kasus masih terjadi.

Pada bulan Februari 2024, seorang pria di Oregon di AS, tertular penyakit pes dari kucing peliharaannya . Bulan berikutnya, pejabat kesehatan di Lincoln County, New Mexico, mengumumkan bahwa seorang pria telah meninggal karena penyakit tersebut . Hal ini bukanlah sesuatu yang mengejutkan bagi ahli genetika evolusioner Paul Norman, yang mempelajari penyakit pes di Universitas Colorado, Anschutz.

“Masih ada sedikit kasus wabah di AS ,” katanya. Penyakit ini masih beredar di hewan liar seperti tupai dan anjing padang rumput, tambahnya. Rata-rata, sekitar tujuh kasus wabah pada manusia dilaporkan di AS setiap tahunnya , meskipun kematian jauh lebih jarang terjadi, yakni hanya 14 kasus antara tahun 2000-2020. Di beberapa belahan dunia, seperti Madagaskar, penyakit ini lebih umum terjadi . 

Namun meski tergolong jarang dibandingkan masa lalu, penyakit pes telah meninggalkan jejaknya pada spesies manusia dan masih dapat ditemukan pada genom manusia yang hidup saat ini.

Yersinia pestis diperkirakan telah menjangkiti spesies manusia selama ribuan tahun. Bukti DNA bakteri tersebut telah ditemukan pada kerangka berusia 4.000 tahun . Namun pada awal tahun 1300-an, suatu strain bakteri tersebut meledak di Eropa sebagai Black Death. Penyakit ini diperkirakan berasal dari desa-desa di sekitar Lembah Chui yang sekarang disebut Kyrgyzstan , mungkin ditularkan melalui kutu dari marmut yang terinfeksi ke manusia sebelum kemudian menyebar ke Eropa melalui jalur perdagangan Jalur Sutra. 

Kematian diperkirakan telah membunuh sekitar 50 juta orang Eropa pada pertengahan tahun 1300-an, menurut perkiraan berdasarkan catatan dan catatan sejarah. Penelitian terbaru mengenai aktivitas pertanian pada saat itu – yang kemungkinan akan anjlok karena banyaknya kematian – menunjukkan bahwa jumlah korban jiwa mungkin tidak terlalu besar di semua wilayah , karena beberapa wilayah telah hancur karena penyakit ini dan wilayah lainnya hampir tidak tersentuh. Namun, selama berabad-abad, wabah diperkirakan telah menewaskan sedikitnya 200 juta orang. 

“Black Death memberikan tekanan besar pada populasi manusia di Eropa,” kata Norman. “Hal ini terus-menerus dan merusak, dan siapa pun yang memiliki sedikit keuntungan dalam situasi tersebut melalui genetika mereka akan lebih mungkin untuk bertahan hidup.”

Namun hingga saat ini, mengumpulkan data apa pun untuk menjawab pertanyaan ini hampir mustahil. Mengurutkan DNA dari kerangka korban wabah kuno yang ditemukan di situs pemakaman massal sangatlah menantang, karena para ilmuwan sering kali harus mengerjakan fragmen DNA terkecil, yang banyak di antaranya sangat terkontaminasi.

“Sangat umum untuk menemukan bahwa sebagian besar DNA sebenarnya berasal dari tanah atau bakteri yang menyerang kerangka setelah orang tersebut meninggal,” kata ahli genetika Swedia Pontus Skoglund, yang memimpin laboratorium genomik kuno di Francis Crick Institute di London. Namun para ahli telah menemukan satu bagian kerangka di mana DNA manusia utuh masih dapat ditemukan dengan pasti. Disebut labirin tulang , labirin ini terletak di telinga bagian dalam dan merupakan salah satu bagian terpadat di tubuh manusia. “Ini adalah tempat paling sukses untuk mengekstraksi DNA,” kata Norman. “Itu adalah tulang yang sangat, sangat kecil yang masih terlindungi dalam spesimen tengkorak. Tanpa ingin menjadi terlalu mengerikan, Anda harus benar-benar mengebor tengkorak untuk mendapatkan potongan tulang tersebut, sementara sesuatu seperti tulang kaki sangat berpori dan bakteri bisa masuk. di sana dengan lebih mudah." Selama tiga tahun terakhir, hal ini telah membantu menghasilkan wawasan baru tentang siapa yang selamat dari wabah wabah di masa lalu dan apa alasannya.


Mengatur imunitas


Sistem antigen leukosit manusia (HLA) terdiri dari sekelompok gen yang mengkode protein pada permukaan sel kita, yang berperan penting dalam mengoordinasi respons imun. Sebuah penelitian baru-baru ini menunjukkan bahwa beberapa orang yang tidak menunjukkan gejala Covid-19 mendapat manfaat dari lotere genetik yang berarti mereka memiliki varian HLA tertentu yang bertindak sebagai bentuk perlindungan alami terhadap virus.

“Peran gen HLA adalah mengidentifikasi invasi asing di dalam tubuh dan mengarahkan sistem kekebalan untuk mencari sel yang terinfeksi protein patogen dan menghancurkannya,” kata Norman. “Varian yang relatif langka dari gen-gen ini dapat membantu beberapa orang bertahan dari pandemi, dan jika angka kematian akibat Covid-19 jauh lebih tinggi, populasi manusia akan memiliki frekuensi varian-varian ini yang jauh lebih tinggi.”

Siapa pun yang memiliki sedikit keuntungan dalam situasi tersebut melalui genetika mereka akan lebih mungkin untuk bertahan hidup – Paul Norman

Pada tahun 2021, Norman dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa varian HLA kemungkinan besar berperan dalam menentukan siapa yang selamat dari wabah wabah abad pertengahan . Para peneliti menyelidiki kuburan massal korban wabah dari abad ke-16 di kota Ellwangen, Jerman, dan mengurutkan genom dari 36 kerangka. Ketika mereka membandingkannya dengan DNA orang-orang yang tinggal di Ellwangen saat ini, mereka menemukan bahwa penduduk kota abad ke-21 memiliki perbedaan halus dalam berbagai gen HLA, yang kemungkinan membuat nenek moyang mereka lebih mampu melawan Yersinia pestis.

Karena wabah pes sangat dahsyat, para peneliti telah lama bertanya-tanya apakah wabah ini meninggalkan jejak permanen pada sistem kekebalan tubuh manusia. Secara khusus, sebuah teori menyatakan bahwa Kematian Hitam mungkin sudah cukup luas pada abad ke-14 sehingga menciptakan suatu bentuk seleksi alam. Idenya adalah bahwa beberapa individu yang selamat dapat mewariskan keunikan genetik apa pun yang membantu mereka meneruskannya ke generasi mendatang.

Dua tahun yang lalu, sekelompok peneliti internasional berusaha untuk mengkaji bagaimana Kematian Hitam mungkin berdampak pada kekebalan tubuh manusia dengan mengumpulkan sampel genetik dari kerangka sekitar 500 orang di pemakaman di London dan Denmark yang meninggal sebelum, selama, dan setelah abad ke-14. pandemi.

Secara khusus, mereka mencatat pola yang berkaitan dengan gen yang disebut ERAP2 yang mengkode protein yang diketahui membantu sel kekebalan manusia melawan Yersinia pestis dan patogen lainnya. Namun salah satu varian ERAP2 menghasilkan bentuk protein yang lebih terbatas, sementara varian lainnya menghasilkan protein berukuran penuh.

Studi tersebut menunjukkan bahwa warga London abad pertengahan dan Denmark yang mengidap varian ERAP2 dua kali lebih mungkin selamat dari Kematian Hitam. Pada akhir abad ke-14, para peneliti menemukan bahwa 50% warga London dan 70% warga Denmark yang disurvei mengidap varian ini. Namun, kami masih perlu belajar lebih banyak. Skoglund mengatakan para peneliti perlu mempelajari ribuan genom lagi dari individu yang tinggal di seluruh Eropa pada masa Kematian Hitam dan abad-abad berikutnya, untuk melihat apakah adaptasi seperti varian ERAP2 benar-benar tersebar luas dan terintegrasi ke dalam DNA kita.

“Gen apa pun yang memiliki efek perlindungan terhadap wabah ini akan mengalami peningkatan frekuensi setelah kejadian tersebut,” katanya. “Tetapi ini mungkin hanya terjadi selama beberapa generasi.” 

Skoglund bahkan bertanya-tanya apakah penyakit seperti cacar, yang bahkan lebih persisten dan mematikan daripada wabah penyakit, yang telah menewaskan ratusan juta orang , dapat memberikan dampak yang lebih besar pada pembentukan sistem kekebalan tubuh modern.

Namun wabah penyakit masih memiliki daya tarik tersendiri, dan kita dapat memperoleh informasi berharga dengan mempelajari dampaknya terhadap nenek moyang kita. “Melihat bagaimana wabah berevolusi dan mengapa strain tertentu mungkin lebih mematikan dalam hal kematian adalah penting untuk memahami evolusi strain yang dapat menjadi masalah,” kata ahli biologi evolusi Hendrik Poinar dari McMaster University di Ontario, Kanada.

Skoglund mengacu pada penelitian yang dilakukannya terhadap korban wabah yang ditemukan di Somerset dan Cumbria di Inggris sekitar 4.000 tahun yang lalu ketika Yersinia pestis belum mengembangkan kemampuan untuk disebarkan melalui kutu.

“Kita dapat melihat dalam DNA bahwa bakteri tersebut tidak memiliki faktor genetik yang memungkinkan penularan berbasis kutu ini,” katanya. “Tetapi dengan mengembangkan hal tersebut, hal ini mempunyai dampak yang drastis terhadap kesehatan manusia. Namun kita juga dapat belajar dari bagaimana evolusi mengatasi permasalahan di masa lalu, bagaimana evolusi menghasilkan mekanisme biologis untuk melawan penyakit tersebut ribuan tahun yang lalu. Hal ini penting karena kita dapat menggunakannya untuk membantu kita dalam pengembangan vaksin dan obat-obatan saat ini."