За да промените тази статия, посетете Моят профил, след което прегледайте запазените истории.

кръв

За да промените тази статия, посетете Моят профил, след което прегледайте запазените истории.

* Тази публикация е малко по-различна от обичайната тарифа в този блог, тъй като обсъждам документ, на който съм съавтор. ** Моите сътрудници и аз просто публикувахме хартия в списанието с отворен достъп PLOS ONE. Анализирахме генетични данни от членове на племето Maasai в Кения и открихме гени, свързани с устойчивостта на лактазата и регулирането на холестерола, които са под положителен подбор.
*

Масаите са скотовъдно племе, живеещо в Кения и Северна Танзания. Традиционната им диета се състои почти изцяло от мляко, месо и кръв. Две трети от калориите им идват от мазнини и консумират 600 - 2000 mg холестерол на ден. За да се представи този брой в перспектива, Американската сърдечна асоциация препоръчва да се консумират под 300 mg холестерол на ден .__ Въпреки диетата с високо съдържание на мазнини и висок холестерол, масаите имат нисък процент на заболявания, обикновено свързани с такива диети .__ Те са склонни да имат ниско кръвно налягане, общите им нива на холестерол са ниски, имат ниска честота на холестеролни камъни в жлъчката, както и ниски нива на заболявания на коронарните артерии като атеросклероза.

Още по-забележителни са резултатите от проучване от 1971 г. на Тейлър и Хо. Две групи Maasai са били хранени с контролирана диета в продължение на 8 седмици. На една група - контролната група - е давана храна, богата на калории. Другата група е имала същата диета, но с допълнителни 2 грама холестерол на ден. И двете диети съдържат малки количества радиоактивен индикатор (въглерод 14). (Никога не бихте получили одобрение за подобно изследване днес и с основателна причина.) Чрез проследяване на проби от кръв и фекалии учените откриха, че двете групи имат основно идентични нива на общ холестерол в кръвта си. Въпреки консумацията на голяма доза холестерол, тези индивиди са имали същите нива на холестерол като контролната група.

Ето как авторите приключиха своето проучване:

Това ни накара да повярваме, но без пряко доказателство, че масаите имат някои принципно различни генетични черти, които водят до това, че имат превъзходни биологични механизми за защита от хиперхолестеремия

Мотивирани от тези резултати, ние се заехме да идентифицираме селектирани гени в Maasai в резултат на този необичаен хранителен натиск. Сканирахме генома, търсейки генетични подписи на естествения подбор по време на работа.

Нашите данни идват от Международния проект HapMap, съвместно експериментално усилие за изследване на генетичното разнообразие при хората. Проектът HapMap е събрал ДНК от групи хора от генетично разнообразни човешки популации с произход в Африка, Азия и Европа. Техните анонимизирани данни са публично достъпни безплатно. Една от популациите на HapMap е група масаи от Кинява, Кения (n = 156) и това е популацията, върху която се фокусираме.

HapMap не прави последователност на пълни геноми, тъй като това би било твърде скъпо по време на събирането на данни. Вместо това те използват пряк път. Ако вземете моята ДНК последователност и я подредите срещу вашата, двете последователности ще бъдат около 99,9% подобни. Но всеки веднъж на хиляда писма, или поне така, ще има разлика. Може да имате A, където аз имам C. Групата HapMap измерва ДНК последователността точно на тези места, където е известно, че хората се различават помежду си. По същество те вземат проби от генома, като разглеждат само сайтове, където очакваме да видим вариации. В жаргона на полето този метод се нарича търсене на единични нуклеотидни полиморфизми или SNPs (произнася се snips).

Щом разполагате с данните, какво можете да направите с тях? Искахме да открием признаци на естествен подбор. Основната идея за откриване на селекция в геномни данни е съвсем проста и е свързана със секса. Всяка сперма или яйцеклетка, която произвеждате, съдържа един геном, който се формира чрез разбъркване на двата комплекта геноми, които сте наследили от родителите си. Погледнато по този начин, ролята на секса е да разбърка геномите в една популация в нови комбинации. Ако сравните ДНК последователностите на група хора, ще видите признаци на това разбъркване.

Сега нека добавим естествен подбор към сместа. Какво се случва, ако индивидът се роди с нова мутация, която е от полза за оцеляването? С течение на времето бихте очаквали тази мутация да се повишава в честотата. Потомците на този индивид ще бъдат прекалено представени в популацията, тъй като частта от хората с тази полезна мутация се увеличава. По същество, __ отпечатъкът от такъв подбор е намаляване на геномното разнообразие. __ (Тук описвам конкретен модел на селекция, известен като положителен естествен отбор. Някои други видове селекция могат да увеличат разнообразието, като селекцията върху вируси, за да се избегне разпознаването от имунната система на техния приемник.)

В крайна сметка нови мутации ще се прокраднат отново и поколенията на половото размножаване ще възстановят многообразието. Ако обаче загубата на разнообразие е била внезапна (силна селекция) и не много отдавна, все още можете да я откриете днес. Има статистически тестове (Fst, iHS, XP-EHH), които могат официално да открият дали намаляването на разнообразието в даден регион е достатъчно, за да се направи извод. Sabeti et al имат хубав преглед, който обсъжда различните налични методи за откриване на селекция с помощта на геномни данни.

Използвахме три различни метода за откриване на селекция и нашите най-добри кандидат-региони в селекцията се считат за значими поне от два от методите.

Най-силният сигнал за селекция е регион на хромозома 2, който съдържа LCT ген, произвеждащ лактаза, ензимът, който разгражда лактозата в млякото. Интересното е, че състоянието по подразбиране при всички възрастни бозайници е да спрат производството на лактаза в зряла възраст - всички наши предци са били „непоносими към лактоза“. Това има смисъл от еволюционна гледна точка, принуждава децата да се отбият от мляко и освобождава ресурсите на майките. Оказва се, че възникват различни набори от мутации, които дават на европейските и африканските скотовъди способността да смилат млякото. Тези от нас, чиито предци не са били скотовъдци, все още имат проблеми с храносмилането на млякото.

Това е класически пример за селективно почистване - мутацията дава предимство (способността за смилане на млякото) и след това обхваща популация като горски пожар. Този резултат е описан по-рано в европейските популации, а също и в африканските популации (включително масаите) от Сара Тишков и сътрудници. Като се има предвид, че масаите консумират големи количества мляко, не е изненадващо, че виждаме много силен сигнал в този локус. Ние секвенирахме ДНК в този регион, за да потвърдим този резултат и, разбира се, установихме, че една от устойчивостта на лактаза, придаваща мутации, идентифицирани от Tishkoff, присъства в пробите на HapMap Maasai.

Два от тестовете за подбор, които използвахме, изискват да направите сравнения с друга популация. Избрахме Luhya на Кения като референтна популация. Сред всички мутации, променящи протеините, присъстващи в данните, тази, която показва най-голямата популационна разлика между Maasai и Luhya (измерена по Fst), се намира в гена за свързващ протеин на мастна киселина FABP1. Този протеин се експресира в черния дроб, а вариантът, който се среща с по-висока честота при масаите, е свързан с понижаване на нивата на холестерол при северногерманските жени (n = 826) и при френските канадски мъже, консумиращи диета с високо съдържание на мазнини (n = 623 ). Освен това, проучвания върху мишки, хранени с диета с високо съдържание на мазнини и висок холестерол, показват, че деактивирането на протеина FABP1 води до защита срещу затлъстяване и по-ниски нива на триглицериди в черния дроб в сравнение с нормалните мишки на идентична диета. Тези резултати предполагат, че този протеин играе роля в регулирането на липидната хомеостаза и изборът му в Maasai може да е свързан с диетата.

На хромозома 7 два от методите, които използвахме за откриване на селекция, идентифицираха клъстер гени, които попадат в подсемейство 3A на цитохром P450 (CYP3A). Това семейство гени участва в метаболизма на лекарствата, в окисляването на мастните киселини и в синтеза на стероиди от холестерола.

Изчислителните методи могат да ви отведат само дотук. Идентифицирахме гени в регионите кандидатки, подложени на положителен естествен подбор в Масаите, вероятно възникващи поради необичайната им диета. Но случаят за селекция може да бъде окончателно направен само с експериментално проучване, насочено към ролята на тези гени в поддържането на хомеостазата на холестерола. Надяваме се да си сътрудничим с експериментални биолози, за да изведем тези хипотези напред и да проучим тяхната роля в еволюционната история на масаите.

Затова се насочете към PLOS, проверете хартията и ни уведомете какво мислите.

Актуализация: Ето още една публикация в блога, която обсъжда статията, като се фокусира повече върху смесения генетичен състав на масаите.

Препратки:

Kshitij Wagh, Aatish Bhatia, Gabriela Alexe, Anupama Reddy, Vijay Ravikumar, Michael Seiler, Michael Boemo, Ming Yao, Lee Cronk, Asad Naqvi, Shridar Ganesan, Arnold J. Levine, Gyan Bhanot (2012). Лактазна устойчивост и избор на липиден път в масаите PLOS ONE, 7 (9): 10.1371/journal.pone.0044751

Ако искате да прочетете повече за селективни почиствания, може да се насладите на публикацията ми Защо молците са загубили местата си, а котките не обичат млякото. Приказки за еволюцията в наше време.