Znów o mleku i ewolucji

Wiele osób zajmuje się szukaniem ludzkich genów, w których widać ślady niedawnej ewolucji. Jednym z nich jest gen LCT kodujący laktazę – enzym rozkładający laktozę, czyli cukier mleczny. Z reguły ssaki piją mleko tylko w niemowlęctwie. Później produkcja laktazy zanika, i tracą umiejętność trawienia mleka. Ludzie są pod tym względem wyjątkowi – w niektórych populacjach ludzkich można spotkać wiele osób, u których ekspresja laktazy nie zanika z wiekiem, dzięki czemu nie muszą rezygnować z białego napoju. Tolerancja laktozy jest rozpowszechniona w północnej Europie (u 90% Skandynawów), ale im dalej na południe, tym rzadziej występuje (w Hiszpanii u ok. 50%). U azjatyckich i afrykańskich populacji nie mających wśród przodków pasterzy jest bardzo rzadka (do 20% w Afryce, mniej, niż 1% w Chinach), ale u afrykańskich ludów pasterskich występuje często (50-90%). Umiejętność produkowania laktazy także w wieku dorosłym związana jest z polimorfizmami w sekwencjach regulujących jej wytwarzanie, jednak nie u wszystkich badanych ludów te zmiany są identyczne. U Europejczyków za tolerancję laktozy odpowiada przede wszystkim zmiana z C na T w pozycji -13910 licząc od miejsca startu transkrypcji genu kodującego laktazę, ale w Afryce można znaleźć także inne polimorfizmy (pisałam o tym tu i tu), które wyewoluowały niezależnie, doprowadzając do takiego samego efektu fenotypowego.

W AJHG ukazała się kolejna praca (Enattah i in. 2007) dotycząca ewolucji tolerancji na laktozę. Tym razem naukowcy postanowili dokładnie przyjrzeć się allelowi T-13910 i jego otoczeniu. Przeanalizowali 1,611 próbek z 37 populacji na świecie (z Europy, Azji, Afryki i Ameryki Północnej). Na załączonej mapce przedstawione są populacje, które wykorzystano w badaniu, oraz częstość występowania allelu T-13910 zapewniającego tolerancję na laktozę (zielona część wykresów kołowych). Następnie porównali je z dostępnymi danymi na temat częstości występowania tolerancji na laktozę w tych populacjach i potwierdzili istnienie korelacji między częstością występowania allelu T-13910 i tolerancją na laktozę.

Kolejnym etapem było zbadanie polimorfizmów pojedynczych nukleotydów (SNP) występujących na obszarze 30 tys. par zasad wokół pozycji -13910. Naukowcy przeprowadzili dokładniejszą analizę haplotypów (dziedziczących się razem zestawów SNP), które występowały u ponad 4% osób w przynajmniej jednej z badanych populacji. Dziewięć z nich (H8, H9, H11,H12, H48, H49, H95,H97 i H98) zawiera allel T-13910 zapewniający tolerancję laktozy, a czternaście (H1, H2, H4,H27, H34, H46, H51,H52, H54, H55, H81,H82, H84 i H87) ma allel C-13910, czyli wariant dziki, związany z brakiem tolerancji na laktozę. W większości badanych populacji haplotyp H98 bardzo wyraźnie dominuje nad pozostałymi związanymi z tolerancją na laktozę haplotypami zawierającymi T-13910. Wyjątkiem są mówiące językami ugrofińskimi narody mieszkające w Rosji (na mapce populacje 5 – 7) – Udmurci oraz Mordwini (Erzja i Moksza), gdzie stosunkowo często pojawia się kilka innych haplotypów, w tym H8 i H11. Spośród haplotypów związanych z brakiem tolerancji na laktozę tylko trzy (H1, H2 i H84) występowały we wszystkich badanych populacjach.

Dzięki porównaniu z odpowiednimi sekwencjami u innych naczelnych naukowcy ustalili, że pierwotny haplotyp to H1 (nie dający tolerancji na laktozę). Następnie zajęli się relacjami między poszczególnymi haplotypami występującymi u ludzi. Porównanie polimorfizmów pojedynczych nukleotydów pokazało, że najpopularniejszy „nietolerancyjny” haplotyp H1 i najpopularniejszy „tolerancyjny” haplotyp H98 różnią się każdym badanym SNP-em. Natomiast drugi popularny „nietolerancyjny” haplotyp H84 jest niemal identyczny z H98 – różni się od niego tylko w dwóch pozycjach, C/T-13910 i G/A-22018, czyli właśnie tych, które są skorelowane z tolerancją na laktozę. Te wszystkie dane pozwoliły na stworzenie sieci powiązań między haplotypami sekwencji regulatorowych genu LCT. Na schemacie na żółto zaznaczono haplotypy związane z brakiem tolerancji na laktozę, a na zielono takie, które wiążą się z umiejętnością trawienia laktazy przez dorosłych. Strzałka wskazuje na wyjściowy haplotyp H1. Rozmiar koła odpowiada częstości występowania danego haplotypu we wszystkich badanych próbkach. 1 oznaczają SNP pierwotne, a 2 – SNP, które pojawiły się później.

Autorzy uważają, że uzyskane przez nich wyniki należy interpretować w ten sposób, że niosąca tolerancję na laktozę u dorosłych mutacja T-13910 pojawiła się w historii ludzkości więcej, niż jeden raz. W grupie związanych z tolerancją na laktozę haplotypów H8-H12 (występujących często u Udmurtów i Mordwinów) powstała niezależnie od powstania najpopularniejszego w Europie haplotypu H98. Prawdopodobnie również haplotyp H95 powstał niezależnie od H98. Ze względu na to, że „nietolerancyjny” hapoltyp H84, z którego prawdopodobnie powstał H98, można znaleźć w dużych ilościach na wschód od Uralu (aż do Chin i Korei), naukowcy uważają, że wywodzi się on z Azji, i stopniowo przesuwał się na zachód, gdzieś po drodze (zapewne na obszarach na zachód od Uralu i na północ od Kaukazu) mutując w haplotyp H98. Ta zmiana nastąpiła 5 – 12 tys. lat temu. Pasuje to do wcześniejszych wyników, które sugerują, że 7 – 8 tys. lat temu charakterystyczna dla H98 mutacja T-13910 dająca tolerancję na laktozę na terenie Europy występowała rzadko lub wcale. Natomiast grupa H8-H12 jest stosunkowo młoda – tolerancja na laktozę związana z tymi haplotypami pojawiła się zaledwie 1400 – 3000 lat temu. Haplotyp H98 i związana z nim możliwość picia mleka przez dorosłych występuje nie tylko w Europie, ale także wśród Fulanów zamieszkujących Afrykę Zachodnią. Jednak nie jest to sprzeczne z sugestią, że H98 powstał na północ od Kaukazu i stamtąd rozprzestrzenił się na zachód, ponieważ już wcześniej wyniki innych badań genetycznych sugerowały, że mogą oni mieć domieszkę genów wywodzących się z populacji kaukazoidalnych.

Przedstawione wyniki pokazują więc, że dający tolerancję na laktozę u dorosłych allel T-13910 pojawił się w historii ludzkości co najmniej dwa razy niezależnie, i że ewolucja alleli związanych z tą cechą dzieje się właściwie na naszych oczach.

 

Poprzednie posty o ewolucji tolerancji na laktozę:

• pij mleko, będziesz mutantem
• mechanizm picia mleka
• mleko, malaria i mukowiscydoza
• Suwałki żądają dostępu do mleka