«Палеогенетический анализ патогенных микроорганизмов в археологических останках человека, представляющих Центрально-Евразийский регион». Научный руководитель: к.б.н., профессор Джансугурова Л.Б.

Приоритетное направление: Научные исследования в области естественных наук

Специализированное направление: Фундаментальные исследования в области биологии животных, растений и микроорганизмов.

Вид исследования: фундаментальное

Срок реализации: 2020-2022 гг.

Руководитель проекта – Джансугурова Л.Б.., к.б.н., профессор.

Научная новизна и актуальность проекта. 

Современные молекулярные технологии позволяют изучать геном с высокой эффективностью не только современных микроорганизмов, но и древних патогенов, обнаруживаемых в археологических останках. Анализ ДНК древних возбудителей дает возможность реконструировать историю древних эпидемий, искать предшественников современных возбудителей инфекционных заболеваний и понимать особенности новых эпидемических вспышек. Учитывая нынешнюю вспышку коронавирусной инфекции COVID-19, а также последние вспышки ближневосточной лихорадки MERS, Эболы, атипичной пневмонии и ВИЧ, понимание процессов распространения и передачи возбудителей болезней является важным вопросом для сегодняшней медицины и науки. Кроме того, ранняя история Центрально-Евразийской степи изобиловала миграциями кочевых племен, которые лежали у истоков формирования большей части современных народов Центральной Азии. Тесно связанные с миграциями человеческих популяций миграции патогенов могут дать информацию о направленных генных потоках и культурных взаимоотношениях человеческих популяций.

На коллекции древних останков человека, представляющих раннюю историю Центрально-Евразийского региона (от эпохи бронзы до эпохи раннего средневековья) будет проведен палеогенетический анализ и скрининг известных возбудителей инфекционных болезней (включая возбудителей чумы, туберкулеза, воспалительных, желудочно-кишечных заболеваний и др.). Это позволит выявить инфекции, которые сопровождали наших предков, проживавших на территории современного Казахстана и прилегающих областей. Анализ генетических особенностей древних патогенов в сравнении с современным материалом позволит прояснить некоторые вопросы эволюции современных патогенных штаммов микроорганизмов, понять миграционную историю патогенов и человеческих популяций, а также представить информацию о культурных обменах между древними популяциями человека.

Цель  проекта:  Изучение геномов возбудителей заболеваний в древних останках человека из некрополей Центрально-Евразийского региона.

Ожидаемые результаты проекта:

Предлагаемый проект имеет междисциплинарный xаpактep и cтавит пepeд coбoй задачу coблюдeния казаxcтанcкoгo пpиopитeта в peшeнии иcтopичecкиx вoпpocoв нашeй cтpаны. В проекте будет проведен скрининг на известные возбудители болезней, включая возбудителей чумы, туберкулеза, желудочно-кишечных заболеваний и т.д., в древних образцах и проанализированы инфекционные болезни, сопровождающие древнее население  Центральной Азии.

— Будет проведена систематизация и подготовка археологического материала для палеогенетического исследования. Будут выделены образцы палео-ДНК из древних человеческих останков (не менее 180 индивидов);

— Будут подготовлены ДНК-библиотеки и проведено высокопроизводительное секвенирование (NGS) на платформе Illumina (HiSeq 4000/MiSeq). Будет проведена первичная обработка данных и оценка контаминации палео-ДНК.

— Будет проведен биоинформационный скрининг данных NGS на известные возбудители заболеваний человека, включая возбудителей чумы, туберкулеза, воспалительных и желудочно-кишечных заболеваний.

— Будет проведено секвенирование выявленных патогенов в исследуемых древних образцах для верификации скрининга и анализа их геномов. Будет сделан филогенетический анализ патогенных микроорганизмов. 

— Будет проведен сравнительный анализ геномов с использованием мировых баз данных по древним/современным геномам микроорганизмов и человеческих популяций в контексте эпидемиологии и истории человеческих миграций.

 — По результатам исследований будут опубликованы cтатьи в oтeчecтвeнныx изданиях с ненулевым импакт-фактором (рекомендованных КОКСОН) и заpубeжныx резенцируемых журналах c нeнулeвым импакт-фактopoм, входящих в 1, 2 либо 3 квартили в базе Web of Science.

 

Достигнутые результаты: 

В 2020 году проведена систематизация имеющегося археологического материала, отобраны зубы от 360 древних объектов из коллекции и подготовлены для дальнейшего молекулярно-генетического анализа.

В 2021 году выделены образцы палео-ДНК 360 древних индивидов с, территории современного Казахстана и прилегающих регионов России и Кыргызстана. Подготовлены библиотеки ДНК, проведено высокопроизводительное секвенирование, проведен биоинформатический скрининг ДНК древних патогенных организмов, определены индивидуальные спектры патогенов. Впервые в казахстанском археологическом материале, представляющем древних людей от эпохи раннего железного века до эпохи средневековья, исследуется наличие патогенных организмов.

Опубликованы 2 статьи, в рецензируемых зарубежных научных изданиях, входящих  в 1 квартиль индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus с ненулевым импакт-фактором (Science, Q1, IF=41.846; Science Advances Q1, IF=13.116), 1 статья в отечественном издании с ненулевым импакт-фактором, рекомендованном КОКСОН и 1 тезис международной конференции (Франция).

В 2022 г. установлено, что самыми распространенными патогенами древнего мира эпохи бронзы и железного века были микроорганизмы, вызывающие кариес, заболевания десен и других мягких тканей ротовой полости. Отмечены такие паразитарные заболевания, такие как гельминтоз, сальмонеллез, брюшной тиф. Такие опасные заболевания, как гепатит B (HBV), чума (Yersinia pestis), сальмонеллез (Salmonella enterica) выявлены только у единичных индивидов. Проведено детальное исследование древних штаммов HBV и Yersinia pestis. В структуре штамма Y. pestis из некрополя Кызыл впервые установлены обширные делеции, ослабляющие его патогенность. Новым открытием является то, что средневековые штаммы Y. pestis из несторианского кладбища Караджигач являются генетическими предшественниками «Черной смерти» (второй пандемии чумы в Европе).      

Основные конструктивные и технико-экономические показатели: 326 просеквенированных библиотек образцов палео-ДНК.

По результатам исследований опубликовано 4 статьи, в рецензируемых зарубежных научных изданиях, входящих  в 1 квартиль индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus с ненулевым импакт-фактором (Science, Q1, IF=41.846; Science Advances Q1, IF=13.116; Proc Natl Acad Sci USA, Q1, процентиль — 96%, IF=11.205; Nature. Q1, процентиль – 99%) IF=49,962), 2 статьи в отечественном издании с ненулевым импакт-фактором, рекомендованном КОКСОН и 2 тезиса международной конференции (Франция).

Исследовательская группа

Джансугурова Лейла Булатовна — Scopus Author ID 8408966300; ORCID 0002-6745-9903 https://orcid.org/0000-0002-6745-9903

Хусаинова Эльмира Минагуловна — к.б.н., Scopus Author ID 36343774800; ORCID 0000-0001-9072-187X https://orcid.org/0000-0001-9072-187X

Чильдебаева Айнаш Еркеновна, Phd, PhD in Anthropology and Toxicology 

Мусралина Ляззат ORCID 0000-0001-8591-890X https://orcid.org/0000-0001-8591-890X

Нуржибек  ORCID 0000-0002-4502-2102 https://orcid.org/0000-0002-4502-2102

Иқсан Олжас Абайұлы — Scopus Author ID 55845508400; ORCID 0000-0002-2960-695X https://orcid.org/0000-0002-2960-695X

Бекманов Бакытжан Оракбаевич, Scopus Author ID 8408966100 WOS ID AAP-1836-2021 ORCID 0000-0002-2232-0481 https://orcid.org/0000-0002-2232-0481

Жаниязов Жасулан Ануарбекович  ORCID 0000-0002-0893-8162 https://orcid.org/0000-0002-0893-8162

Публикации за 2020-2022 г.  

Статьи в рецензируемых журналах баз данных Scopus и Web of Science

  1. Gnecchi-Ruscone GA, Khussainova E, Kahbatkyzy N, Musralina L, Spyrou MA, Bianco RA, Radzeviciute R, Martins NFG, Freund C, Iksan O, Garshin A, Zhaniyazov Z, Bekmanov B, Kitov E, Samashev Z, Beisenov A, Berezina N, Berezin Y, Bíró AZ, Évinger S, Bissembaev A, Akhatov G, Mamedov A, Onggaruly A, Voyakin D, Chotbayev A, Kariyev Y, Buzhilova A, Djansugurova L, Jeong C, Krause J. Ancient genomic time transect from the Central Asian Steppe unravels the history of the Scythians // Science Advances. – 2021. – Vol. 7, Is. 13. — eabe4414. doi: 10.1126/sciadv.abe4414 IF=14.136 (2020) SJR 6.06 Q1 Процентиль 97% CI=16 (Web of Science Core Collection) CI=11 (Scopus)
  2. Gnecchi-Ruscone, G.A., Khussainova, E., Kahbatkyzy, N., Musralina, L., et al. Ancient genomic time transect from the Central Asian Steppe unravels the history of the Scythians // Science Advances (2021), 7 (13), art. no. eabe4414, DOI: 10.1126/sciadv.abe4414 (IF=14.136 by WoS (2020), SJR 6.06, Q1, Процентиль 97%).
  3. Valtueña A., Neumann G.U., Spyrou M.A., Musralina L., ……. Djansugurova L.B., ……., Khussainova E., …….. Stone Age Yersinia pestis genomes shed light on the early evolution, diversity, and ecology of plague // Proc Natl Acad Sci USA 2022 Apr 26;119(17):e2116722119. Epub 2022 Apr 11. PMID: 35412864. CI=0 (WoS IF 12.78 (2021), CiteScore – 18.1, SJR 4.18 (2021), Q1, процентиль — 95%)
  4. Spyrou, M.A., Musralina, L., Gnecchi Ruscone, G.A., Kocher A., Borbone P.-G., Valeri I. Khartanovich V.I., Buzhilova A., Djansugurova L., Bos K.I., Kuhnert D., Haak W., Slavin Ph., Krause J.  The source of the Black Death in fourteenth-century central Eurasia // Nature. – 2022. – V. 606. – P. 718–724. (IF=49,962) (Q1, процентиль – 99%)

Статьи в журналах ККСОН

  1. Джансугурова Л.Б., Мусралина Л.З., Хусаинова Э.М., Бекманов Б.О., Самашев З.С. Некки-Русконе Г.А., Краузе Й. Палеогенетический анализ костных останков людей, представляющих Хунно-Сяньбийский пласт Береля Казахстанской части Алтая // Мир большого Алтая. Международный научный журнал. 2020. – № 6 (2). – С. 949-958. 

Тезисы в трудах международных конференций 

  1. Gnecchi-Ruscone G.A., Krause J., Jeong Ch., Spyrou M., Bianco R., Radzeviciute R., Martins N.F.G., Freund C., Djansugurova L., Khussainova E., Nurzhibek K., Musralina L., Iksan O., Zhaniyazov Zh., Bekmanov B. Origin and spread of the Iron Age eastern Scythians revealed through a one-thousand-year transect of ancient genomes across the Central Asian steppe // ISBA 2021 — 9th International Symposium on Biomolecular Archaeology. 1-4 June 2021 – online конференция.
  2. Spyrou M.A., Musralina L., Gnecchi-Ruscone G.A., Kocher A., Kuhnert D., Bos K.L., Djansugurova L., Haak W., Slavin Ph., Khartanovich V., Krause J. Towards an understanding of the early history of the Second Plague Pandemic // ISBA 2021 — 9th International Symposium on Biomolecular Archaeology. 1-4 June 2021 – online конференция
Предыдущий проект
Следующий проект