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Un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Pensilvania -que constituye el mayor examen realizado hasta la fecha sobre la persistencia de la lactasa en poblaciones africanas geográficamente diversas- investigó los orígenes genéticos de este rasgo y ofrece apoyo a la idea de que la capacidad de digerir la leche fue una poderosa fuerza selectiva en diversas poblaciones africanas que criaban ganado y consumían la leche fresca de los animales.

La investigación fue dirigida por Alessia Ranciaro, becaria postdoctoral en el Departamento de Genética de la Escuela de Medicina Perelman de Penn, y Sarah Tishkoff, profesora de Penn Integrates Knowledge con nombramientos en el Departamento de Genética de Penn Medicine y el Departamento de Biología de Penn Arts and Sciences.

El trabajo se publicará el 13 de marzo en la revista American Journal of Human Genetics.

Investigaciones anteriores habían demostrado que los europeos del norte y las personas con ascendencia del norte de Europa, así como las poblaciones de África, la Península Arábiga y Asia Central con una tradición de producción y consumo de leche fresca, siguen expresando la enzima lactasa en la edad adulta. Algunos de estos estudios anteriores habían rastreado el origen genético de este rasgo en los europeos hasta una mutación concreta que regula la expresión del gen que codifica la lactasa. Y en 2007 un estudio de Tishkoff, Ranciaro y sus colegas examinó las poblaciones africanas y encontró tres variantes genéticas adicionales asociadas a la persistencia de la lactasa que no habían sido identificadas anteriormente.

«Pero estas variantes no explicaban completamente la razón por la que algunos africanos eran capaces de digerir la leche», dijo Ranciaro.

Para intentar conciliar estas aparentes discrepancias entre el genotipo, la base genética de una característica, y el fenotipo, la característica en sí, Ranciaro, junto con sus colegas, dirigió estudios de campo en zonas a menudo remotas de Kenia, Tanzania y Sudán para recoger muestras de sangre y realizar una prueba de tolerancia a la lactosa en personas de diversos orígenes étnicos.

«La idea era que queríamos tomar muestras del mayor número de poblaciones, y de un conjunto de poblaciones tan diverso como fuera posible», dijo Ranciaro. «Incluimos a pastores, agropastores, agricultores y cazadores-recolectores, de modo que se cubrieran los cuatro principales patrones de subsistencia».

Los investigadores de Penn trabajaron con colaboradores africanos y oficinas de distrito locales y jefes tribales para difundir el mensaje y reclutar voluntarios para su estudio.

«Fue una prueba muy difícil de realizar sobre el terreno en regiones remotas», dijo Ranciaro. «Tuvimos cuidado de asegurarnos de que la gente entendía por qué estábamos haciendo este estudio y que tendrían que comprometerse con la hora o más de tiempo necesario para hacer la prueba».

La prueba revela si alguien tiene la capacidad de digerir la lactosa en glucosa y galactosa. Requiere que los participantes estén en ayunas toda la noche, que se les mida el nivel de azúcar en sangre, que beban una bebida dulce que contenga la lactosa equivalente a uno o dos litros de leche de vaca y que posteriormente se les analice el nivel de azúcar en sangre a intervalos determinados.

Para buscar variaciones genéticas entre las capacidades de las poblaciones para digerir la leche, el equipo secuenció tres regiones genómicas que se cree que influyen en la actividad del gen LCT que codifica la lactasa en 819 africanos de 63 poblaciones diferentes y 154 no africanos de nueve poblaciones distintas de Europa, Oriente Medio y Asia Central y Oriental. También examinaron los resultados de la prueba de tolerancia a la lactosa en 513 personas de 50 poblaciones de África oriental.

Sus esfuerzos de secuenciación y fenotipado confirmaron la asociación entre la persistencia de la lactasa y tres polimorfismos de un solo nucleótido conocidos, o SNP, lugares donde la secuencia de ADN varía en una sola «letra». Pero también identificaron dos nuevos SNP asociados con el rasgo, localizados en regiones que se cree que regulan la expresión del gen de la lactasa.

Su análisis reveló una fuerte evidencia de selección positiva reciente que afecta a varias variantes asociadas con la persistencia de la lactasa en las poblaciones africanas, probablemente en respuesta al desarrollo cultural del pastoreo. Los distintos patrones geográficos en los que estaban presentes estas variantes se correlacionan en muchos casos con las migraciones humanas históricas, la mezcla entre poblaciones así como la propagación del ganado vacuno, los camellos o las ovejas.

Por ejemplo, encontraron la variante asociada a la persistencia de la lactasa en los europeos, T-13910, en grupos de pastores del centro y el norte de África, lo que sugiere que estos grupos pueden haberse mezclado históricamente con una población no africana. La antigüedad de esta mutación genética se estima en 5.000-12.300 años, coincidiendo con los orígenes de la domesticación del ganado en el norte de África y Oriente Medio. Y una variante, G-13915, encontrada en altas frecuencias en la Península Arábiga, y también presente en el norte de Kenia y el norte de Sudán, data de hace aproximadamente 5.000 años, más o menos la época en que las pruebas arqueológicas sugieren que los camellos fueron domesticados en la región.

Otra variante, G-13907, fue identificada en el norte de Sudán y Kenia, así como en Etiopía. Los investigadores especulan que la mutación puede haber surgido en las poblaciones cusitas de Etiopía, que posteriormente emigraron a Kenia y Sudán en los últimos 5.000 años.

Observaron aún otra variante, C-14010, en Tanzania y Kenia, así como en el sur de África. Se cree que esta variante surgió hace entre 3.000 y 7.000 años, un momento que coincide con la migración de los pastores del norte de África al este del continente. El análisis de los investigadores sugiere que esta variante se extendió más recientemente en el sur de África, tal vez sólo en los últimos 1.000 años.

«Estamos empezando a pintar un cuadro de evolución convergente», dijo Tishkoff. «Nuestros resultados muestran diferentes mutaciones que surgen en diferentes lugares y que están bajo selección y se elevan a altas frecuencias y luego se reintroducen por la migración a nuevas áreas y nuevas poblaciones».

Incluso con las nuevas variantes que el equipo de Penn identificó, todavía había patrones que los datos genéticos no podían explicar. Algunos grupos que parecían ser capaces de digerir la leche carecían de cualquier signo genético de esta capacidad. Los Hadza, de los que casi la mitad tenían el rasgo de persistencia de la lactasa, son un ejemplo.

«Esto plantea la fuerte posibilidad de que haya otras variantes por ahí, tal vez en regiones del genoma que aún no hemos examinado», dijo Tishkoff.

Otra posibilidad es que las bacterias comensales del intestino puedan ofrecer a los humanos una ayuda para digerir la leche. El equipo está analizando ahora las bacterias intestinales de los africanos para ver si es así.

En el estudio participaron también Michael C. Campbell, Jibril B. Hirbo y Wen-Ya Ko, del Departamento de Genética de la Universidad de Pensilvania; Alain Froment, del Museo del Hombre de París; Paolo Anagnostou, de la Universidad de La Sapienza y el Instituto Italiano de Antropología de Roma; Maritha J. Kotze, de la Universidad de Stellenbosch (Sudáfrica); Muntaser Ibrahim, de la Universidad de Jartum; Thomas Nyambo, de la Universidad de Salud y Ciencias Afines de Muhimbili (Tanzania); y Sabah A. Omar, del Instituto de Investigación Médica de Kenia.

Tishkoff hablará de este trabajo y de otros estudios sobre la variación genética africana en la reunión «Evolution of Modern Humans: De los huesos a los genomas», del 16 al 18 de marzo.