1

Nová studie vedená vědci z Pensylvánské univerzity – která představuje dosud nejrozsáhlejší zkoumání přetrvávání laktázy u geograficky rozmanitých populací Afričanů – zkoumala genetický původ této vlastnosti a nabízí podporu myšlence, že schopnost trávit mléko byla silnou selekční silou u různých afrických populací, které chovaly dobytek a konzumovaly čerstvé mléko těchto zvířat.

Výzkum vedly Alessia Ranciaro, postdoktorandka na katedře genetiky Pennské lékařské fakulty Perelman School of Medicine, a Sarah Tishkoff, profesorka Penn Integrates Knowledge, která působí na katedře genetiky Penn Medicine a na katedře biologie Penn Arts and Sciences.

Příspěvek bude publikován 13. března v časopise American Journal of Human Genetics.

Předchozí výzkum ukázal, že severoevropané a lidé se severoevropskými předky, stejně jako populace z Afriky, Arabského poloostrova a střední Asie s tradicí produkce a konzumace čerstvého mléka, nadále exprimují enzym laktázu i v dospělosti. Některé z těchto dřívějších studií vysvětlovaly genetický původ tohoto znaku u Evropanů konkrétní mutací, která reguluje expresi genu kódujícího laktázu. A v roce 2007 studie Tishkoffa, Ranciara a jejich kolegů zkoumala africké populace a našla tři další genetické varianty spojené s přetrváváním laktázy, které nebyly dříve identifikovány.

„Tyto varianty však zcela nevysvětlovaly důvod, proč jsou někteří Afričané schopni trávit mléko,“ řekl Ranciaro.

Aby se pokusil tyto zjevné rozpory mezi genotypem, genetickým základem vlastnosti, a fenotypem, vlastností samotnou, vedl Ranciaro spolu s kolegy terénní studie do často odlehlých oblastí Keni, Tanzanie a Súdánu, aby odebrali vzorky krve a provedli test tolerance laktózy u lidí z různých etnik.

„Šlo nám o to, abychom odebrali vzorky z co největšího počtu populací a z co nejrozmanitějšího souboru populací,“ řekl Ranciaro. „Zahrnuli jsme pastevce, agro-pastýře, zemědělce a lovce-sběrače, takže jsme pokryli všechny čtyři hlavní způsoby obživy.“

Výzkumníci z Pennské univerzity spolupracovali s africkými spolupracovníky a místními okresními úřady a kmenovými náčelníky, aby rozšířili informace a získali dobrovolníky pro svou studii.

„Bylo velmi náročné provést tento test v terénu v odlehlých oblastech,“ řekl Ranciaro. „Dbali jsme na to, aby lidé pochopili, proč tuto studii děláme a že budou muset věnovat hodinu nebo více času potřebného k provedení testu.“

Test odhalí, zda má někdo schopnost trávit laktózu na glukózu a galaktózu. Vyžaduje, aby se účastníci přes noc postili, nechali si změřit hladinu cukru v krvi, poté vypili sladký nápoj obsahující ekvivalent laktózy jednoho až dvou litrů kravského mléka a následně si nechali ve stanovených intervalech vyšetřit hladinu cukru v krvi.

Pro hledání genetických rozdílů mezi schopnostmi populací trávit mléko sekvenoval tým tři genomické oblasti, o nichž se předpokládá, že ovlivňují aktivitu genu LCT kódujícího laktázu, u 819 Afričanů z 63 různých populací a 154 neafričanů z devíti různých populací v Evropě, na Středním východě a ve střední a východní Asii. Zkoumali také výsledky testu tolerance laktózy u 513 lidí z 50 populací ve východní Africe.

Jejich sekvenační a fenotypizační úsilí potvrdilo souvislost mezi perzistencí laktázy a třemi známými jednonukleotidovými polymorfismy neboli SNP, místy, kde se sekvence DNA liší pouze v jednom „písmenu“. Identifikovali však také dva nové SNP spojené s tímto znakem, které se nacházejí v oblastech, o nichž se předpokládá, že regulují expresi genu pro laktázu.

Jejich analýza odhalila silný důkaz nedávného pozitivního výběru ovlivňujícího několik variant spojených s perzistencí laktázy u afrických populací, pravděpodobně v reakci na kulturní rozvoj pastevectví. Výrazné geografické vzorce, v nichž byly tyto varianty přítomny, korelují v mnoha případech s historickými migracemi lidí, míšením mezi populacemi a také s rozšířením skotu, velbloudů nebo ovcí.

Například variantu spojenou s perzistencí laktázy u Evropanů, T-13910, našli u středoafrických a severoafrických pasteveckých skupin, což naznačuje, že se tyto skupiny mohly historicky mísit s neafrickou populací. Stáří této genetické mutace se odhaduje na 5 000-12 300 let, což se shoduje s počátky domestikace skotu v severní Africe a na Blízkém východě. A varianta G-13915, nalezená s vysokou frekvencí na Arabském poloostrově a přítomná také v severní Keni a severním Súdánu, pochází z doby zhruba před 5 000 lety, tedy z doby, kdy podle archeologických nálezů došlo v této oblasti k domestikaci velbloudů.

Další varianta, G-13907, byla identifikována v severních oblastech Súdánu a Keni a také v Etiopii. Vědci spekulují, že mutace mohla vzniknout u kušitských populací v Etiopii, které později v posledních 5 000 letech migrovaly do Keni a Súdánu.

Ještě další variantu, C-14010, pozorovali v Tanzanii a Keni a také v jižní Africe. Předpokládá se, že tato varianta vznikla před 3 000 až 7 000 lety, což je časově v souladu s migrací pastevců ze severní Afriky do východní Afriky. Analýza vědců naznačuje, že tato varianta se do jižní Afriky rozšířila nedávno, možná až v posledních 1 000 letech.

„Začíná se nám rýsovat obraz konvergentní evoluce,“ řekl Tishkoff. „Naše výsledky ukazují různé mutace vznikající na různých místech, které jsou pod selekcí a stoupají do vysokých frekvencí a pak se znovu zavádějí migrací do nových oblastí a nových populací.“

I s novými variantami, které pennský tým identifikoval, stále existovaly vzorce, které genetická data nedokázala vysvětlit. U některých skupin, které se zdály být schopné trávit mléko, chyběly jakékoli genetické známky této schopnosti. Jedním z příkladů jsou Hadzové, z nichž téměř polovina měla znak perzistence laktázy.

„To zvyšuje silnou možnost, že existují další varianty, možná v oblastech genomu, které jsme dosud nezkoumali,“ řekl Tishkoff.

Další možností je, že komenzální bakterie ve střevech by mohly lidem nabídnout pomocnou ruku při trávení mléka. Tým nyní zkoumá střevní bakterie Afričanů, aby zjistil, zda tomu tak může být.

Dalšími spoluautory studie byli Michael C. Campbell, Jibril B. Hirbo a Wen-Ya Ko z katedry genetiky Pennské univerzity; Alain Froment z Musée de l’Homme v Paříži; Paolo Anagnostou z Universita‘ La Sapienza a Istituto Italiano di Antropologia v Římě; Maritha J. Kotze z University of Stellenbosch v Jihoafrické republice; Muntaser Ibrahim z University of Khartoum; Thomas Nyambo z Muhimbili University of Health and Allied Sciences v Tanzanii a Sabah A. Omar z Kenya Medical Research Institute.

Tishkoff bude o této práci a dalších studiích africké genetické variability diskutovat na setkání „Evolution of Modern Humans: From Bones to Genomes“ (Od kostí ke genomům), která se koná 16.-18. března.