,

  1. Университет в Калгари, Канада;

  • Цитирано 1
  • Преглеждания 7 577
  • Анотации Отворени анотации. Текущият брой на анотациите на тази страница се изчислява .
  • Член
  • Цифри и данни
  • Резюме
  • Основен текст
  • Препратки
  • Информация за статията и автора
  • Метрика

Резюме

Животните, живеещи заедно с хората, имат множество копия на гена за алфа-амилаза, ензима, който разгражда нишестените храни, и високите нива на този протеин в слюнката им.

Основен текст

Оризът, хлябът и картофите са само някои от нишестените храни, на които много човешки популации разчитат в ежедневния си живот. Всъщност нишестето вероятно е било част от нашата диета от дълго време. Остатъци от нишесте са открити в огнищата за готвене отпреди 120 000 години, когато пустинята Сахара все още е била покрита с буйна растителност, а зърнените култури са едни от първите култури, които са опитомени и отглеждани (Larbey et al., 2019; Simmons, 2011). Тази тясна връзка с нишестето неизбежно е оставила отпечатък върху нашите гени.

Нишестето се формира от много молекули захар, свързани заедно, така че трябва да се нарязва на по-малки парчета, за да се абсорбира в кръвта ни: процесът на разрязване се ръководи от ензим, наречен алфа-амилаза. Този протеин е кодиран от ЕМИ генно семейство, а при някои видове като хората, той се изразява както в панкреаса, така и в слюнката.

Съвременните хора се различават от другите примати и дори други видове ранни хора по това колко копия на ЕМИ гени, които имаме. За разлика от неандерталците и денисовците, които са имали само две диплоидни копия, ние носим до 20 копия на AMY1 ген, който произвежда слюнна амилаза. Всъщност има доказателства, че този ген е бил силно подбран още през средния плейстоцен, когато са се появили съвременните хора (Inchley et al., 2016). Това може да предполага, че нашият произход е развил специфични адаптации за смилане на храни, богати на нишесте, подчертавайки дългото и продължаващо значение на тези основни елементи в нашата диета (Hardy et al., 2015).

Няколко проучвания са установили, че колкото по-голям е броят на AMY1 генни копия, колкото повече амилазен протеин се изразява в слюнка (Perry et al., 2007; Carpenter et al., 2017). Това може да повлияе на това колко добре смиламе скорбялните храни, но също така и как можем да ги възприемаме. В действителност, докато амилазата в слюнката разгражда нишестето в устата, тя отделя сладък вкус, който можем да открием (Mandel et al., 2010; Mandel and Breslin, 2012).

Разбира се, хората се различават по това колко нишесте консумират; поразително е, че популациите, които имат по-голям брой амилазни генни копия и повече амилаза в слюнката си, също са склонни да ядат повече нишесте (Perry et al., 2007; Inchley et al., 2016). Подобен модел се среща при вълците и техните опитомени кучета. Докато вълците имат само две диплоидни копия на гена на амилаза, кучетата могат да имат много и те също имат по-високи нива на експресия и активност на амилаза в панкреаса си (Axelsson et al., 2013). Тъй като вълците се превръщат в кучета, поведението и външният им вид се променят, но те също се адаптират към нов източник на храна, богат на нишесте: остатъци от човешка храна (Фигура 1А, Б).

еволюция

Връзки между близостта до хората, броя на копията на гена на амилаза и активността на амилазата.

Животните, които живеят до хората, имат диети, различни от тези на техните диви роднини, и тези различия са довели до диетични адаптации. Докато вълци (A) са силно месоядни, кучета (Б.) са се приспособили да ядат скорбялни остатъци от човешка храна. (° С) Pajic et al. установи, че видовете, които консумират средно или високо количество нишесте, имат по-висока амилазна активност в слюнката си (кестенява линия) и повече копия на амилазни гени (синя линия) от видовете, които консумират малко или никакво нишесте.

Кредит за изображение: A. NPS Photo/Ken Conger (CC BY 2.0); Б. Марейке Джаняк (CC BY 4.0)

Сега в eLife Стефан Рул и Омер Гокумен от университета в Бъфало и колеги, включително Петър Паич като първи автор, съобщават, че кучетата не са единствените видове, живеещи заедно с хората, които са се приспособили да ядат повече нишесте (Pajic et al., 2019 ). Екипът събра данни за броя на копията на гена на амилаза и активността на слюнчената амилаза от редица различни бозайници, много от които никога не са били измервани преди. За няколко вида бяха взети проби както от диви, така и от опитомени (или поне от коменсал) сортове, като вълци и кучета, диви и домашни (или улични) мишки и плъхове, глигани и свине.

Анализите показват, че видовете, живеещи в непосредствена близост до хората, имат повече копия на гените на амилаза, отколкото техните диви роднини, както и по-високи нива на амилазна активност в слюнката си. Това важи дори за видове, чийто „естествен“ хранителен режим вече съдържа доста голямо количество нишесте, като мишки. В сравнение с дивите елени мишки, домашните мишки имат дори повече амилазни гени и активност, вероятно поради многото нишестени храни, които (неволно) предоставяме.

Резултатите предлагат и нова представа за начините, по които вариациите на броя копия могат да повлияят на активността на амилазата в слюнката. Докато броят на гените на амилаза се увеличава почти линейно с консумацията на нишесте, няма разлика в активността на амилазата в слюнката на видове с междинна или висока консумация на нишесте. И двамата имат много повече амилаза в слюнката си, отколкото видове с много нисък или никакъв прием на нишесте, но при видове с висока консумация на нишесте, допълнителните копия на гена на амилаза изглежда не водят до по-големи количества слюнчен ензим (Фигура 1C). По същия начин някои видове с много висока активност на амилаза в слюнката си, като бабуни или макаци, нямат съответно увеличение на копията на гени на амилаза. Тези неочаквани открития трябва да насърчат изследването на другите механизми, които могат да повлияят на активността на слюнчената амилаза. Друга възможност за изследване може да бъде да се разгледа панкреатичната активност на ензима. Pajic et al. - които са базирани в Гърция, Германия и няколко института в САЩ - измерва се само слюнчена амилаза, но ензимът се произвежда и в панкреаса: например, тук кучетата превеждат многото си копия на амилазни гени в амилазна активност (Axelsson et al ., 2013).

Хората са се приспособили ефективно да смилат нови храни като мляко и зърнени храни (Janiak, 2016), но нашите диетични навици и любовта ни към нишестените въглехидрати също може да са оформили животните, които живеят сред нас. Новите открития на Pajic et al. следователно илюстрирайте колко силно нашето поведение влияе върху нашата среда.