曾經導致黑死病的鼠疫桿菌,是史上最威武的人類毀滅者之一。這個 2025 年的論文思路很有趣,透過古今樣本互相拉抬,探討單一基因的角色。
Attenuation of virulence in Yersinia pestis across three plague pandemics

每次大瘟疫結束後,都有弱化的鼠疫桿菌誕生
鼠疫桿菌(Yersinia pestis)累積的古代DNA 樣本數量不少,仔細比對後能觀察到一件事:當大疫情結束後一段時間,pla 基因的存在感明顯降低。
pla 基因全名是 plasminogen activator,和細菌的致病能力有關。它並非位於細菌的基因組,而是獨立存在的質體上。鼠疫桿菌通常有有 3 款質體,pla 位於 pPCP1 質體;為求簡便,本文之後都簡稱為「質體」。
鼠疫桿菌有過三次大流行,第一次是 6 世紀的查士丁尼瘟疫,第二次是 13 世紀的黑死病,第三次是始於 19 世紀末的全球廣傳。 三次大流行,前兩次後續都還有餘波數百年,現在則能算是第三次的餘波。
細菌家族關係方面,查士丁尼瘟疫的病原體,後來肆虐數百年,最後完全滅團。 黑死病的小壞壞形成兩大分支,一大分支縱橫數百年,目前已經消失;另一大分支隨之而起,導致第三次大流行,又延續到現代。
親戚關係上,它們可以視為三個獨立支系,卻觀察到一樣的現象:比較晚的查士丁尼瘟疫戰隊、比較晚的黑死病後繼小壞壞,以及比較晚的第三次餘孽(現代品系),都失去 pla 基因。
短篇 英格蘭鄉村Thornton Abbey,黑死病留下的大墓

多次導致鼠疫桿菌相同變化的神秘力量
要確認這件事,有難度。古代樣本的 DNA 序列本來就殘缺,沒見到 pla 基因,或許只是沒有抓到。 於是論文很認真分析現代樣本,推敲也可能發生在古代的狀況。又用古代發生過的劇情,腦補現代如此的原因。
一系列分析得知,配備 pla 基因的質體,全長包含 9600 多個 DNA 序列。假如沒有 pla,往往不只少掉單一基因,而是缺失一段長達 2100 的序列,剩下 7500 左右。
質體的序列上有個 xrs 位置,容易發生遺傳重組。很可能是不同時空中,導致包含 pla 基因的整段 DNA 序列喪失的共通原因。
仔細檢查於越南採集的現代細菌,分離體外培養確認,沒有或有 pla 基因的鼠疫桿菌,能同時在一位感染者體內共存。古時候大概也是如此,所以古代DNA 定序時會混在一起。
pla 的蛋白質產物是酵素,可以測量活性。實驗得知,pla 基因數目減少的鼠疫桿菌,酵素活性確實明顯下跌。
用小鼠感染實驗,測試 pla 造成哪些影響,得知即使 pla 基因數目減少,鼠疫桿菌依然能夠致死。 但是在「腺鼠疫(bubonic plague)」的情境下,感染減少 pla 品系的細菌,小鼠平均能存活比較久,死亡率也會降低。

變弱適應新時代,或是新時代弱者有機會苟活?
獲得上述資訊,該如何用於解釋,大瘟疫結束後一段時期,喪失 pla 的鼠疫桿菌現蹤? 論文偏好的解釋是「epidemic burnout」。
大意是,大瘟疫時病原體廣傳,入侵宿主成功傳宗接代的機率高,有利於毒性強、傳染快的威猛個體。但是肆虐一陣後,潛在的感染者數量下降,病原體形成許多分散破碎的小族群。
以鼠疫桿菌來說,日常是處於野生的嚙齒類,例如黑鼠族群維繫生計。在此之下,弱一點的品系,長期競爭力反而比較好。 因此,三次大瘟疫結束後,時代力量轉向,皆各自有喪失 pla 的鼠疫桿菌新品系誕生。
上述解釋有模有樣,然而,並無法解答一個疑問:野生黑鼠族群感染的鼠疫桿菌,大部分都配備完整的 pla 基因。因此在天然狀況下,pla 基因似乎對鼠疫桿菌更有利。
論文的觀點,可能是正確的,值得後續深入探討。 不過我想還有一個可能,那就是,大瘟疫結束一段時間以後,鼠疫桿菌的總體族群數量下降,也削弱天擇的力量,比較弱勢的品系,存活下去的機率上升,才有機會被我們見到。
畢竟長期來看,以前失去 pla 的鼠疫桿菌品系,後來都死惹。現在這群,好像也沒有特別的優勢。
新聞稿:
How the evolution of a single gene allowed the plague to adapt, prolonging the pandemics
新聞:
Black Death bacterium has become less lethal after genetic tweak
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