1

Pennsylvanian yliopiston tutkijoiden johtamassa uudessa tutkimuksessa – joka on kaikkien aikojen laajin tutkimus laktaasin säilyvyydestä maantieteellisesti erilaisissa afrikkalaisissa populaatioissa – selvitettiin tämän ominaisuuden geneettistä alkuperää, ja se tukee ajatusta siitä, että kyky sulattaa maitoa on ollut voimakas valintakeino erilaisissa afrikkalaisissa populaatioissa, jotka ovat kasvattaneet nautakarjaa ja nauttineet eläinten tuoretta maitoa.

Tutkimusta johtivat Alessia Ranciaro, joka on Pennin Perelman School of Medicinen genetiikan laitoksen postdoc-tutkija, ja Sarah Tishkoff, Penn Integrates Knowledge -professori, jolla on nimityksiä Penn Medisiinan genetiikan laitoksella ja Pennin taiteiden ja tieteiden laitoksen biologian laitoksella.

Kirjoitus julkaistaan 13. maaliskuuta American Journal of Human Genetics -lehdessä.

Aiemmat tutkimukset olivat osoittaneet, että pohjoiseurooppalaiset ja ihmiset, joilla on pohjoiseurooppalaisia sukujuuria, sekä Afrikasta, Arabian niemimaalta ja Keski-Aasiasta peräisin olevat populaatiot, joilla on perinteitä tuoreen maidon tuotannossa ja kulutuksessa, ilmentävät laktaasientsyymiä edelleen aikuisikään asti. Joissakin näistä aiemmista tutkimuksista oli selvitetty tämän ominaisuuden geneettinen alkuperä eurooppalaisilla tiettyyn mutaatioon, joka säätelee laktaasia koodaavan geenin ilmentymistä. Ja vuonna 2007 Tishkoffin, Ranciaron ja kollegoiden tutkimuksessa tutkittiin afrikkalaisia populaatioita ja löydettiin lisäksi kolme laktaasin pysyvyyteen liittyvää geneettistä varianttia, joita ei ollut aiemmin tunnistettu.

”Nämä variantit eivät kuitenkaan täysin selittäneet sitä, miksi jotkut afrikkalaiset pystyivät sulattamaan maitoa”, Ranciaro sanoi.

Yrittiäkseen sovittaa yhteen nämä näennäiset ristiriidat genotyypin, ominaisuuden geneettisen perustan, ja fenotyypin, itse ominaisuuden, välillä, Ranciaro johti kollegoidensa kanssa kenttätutkimuksia Kenian, Tansanian ja Sudanin usein syrjäisille alueille keräämään verinäytteitä ja suorittamaan laktoosin sietokykyä mittaavan testin erilaisista etnisistä lähtökohdista tuleville ihmisille.

”Ajatuksena oli, että halusimme ottaa näytteitä mahdollisimman monesta väestöstä ja mahdollisimman erilaisista väestöryhmistä”, Ranciaro sanoi. ”Mukaan otimme paimentolaisia, agropaimentolaisia, maanviljelijöitä ja metsästäjä-keräilijöitä, joten kaikki neljä tärkeintä toimeentulomallia olivat mukana.”

Pennin tutkijat tekivät yhteistyötä afrikkalaisten yhteistyökumppaneiden sekä paikallisten piiritoimistojen ja heimopäälliköiden kanssa levittääkseen tietoa ja rekrytoidakseen vapaaehtoisia tutkimukseensa.

”Tämä oli hyvin haastava testi tehdä kentällä syrjäisillä seuduilla”, Ranciaro sanoi. ”Olimme huolellisia varmistaaksemme, että ihmiset ymmärsivät, miksi teimme tämän tutkimuksen ja että heidän täytyisi sitoutua vähintään tunnin mittaiseen testin tekemiseen tarvittavaan aikaan.”

Testi paljastaa, onko jollakulla kyky pilkkoa laktoosia glukoosiksi ja galaktoosiksi. Se edellyttää, että osallistujat paastoavat yön yli, heidän verensokerinsa mitataan, minkä jälkeen he juovat makeaa juomaa, joka sisältää yhdestä kahteen litraa lehmänmaitoa vastaavaa laktoosia, ja sen jälkeen heidän verensokerinsa testataan tietyin väliajoin.

Voidakseen etsiä geneettisiä eroja populaatioiden kyvyissä sulattaa maitoa, tutkimusryhmä sekvensoi kolme genomista aluetta, joiden uskottiin vaikuttavan laktaasia koodaavan LCT-geenin aktiivisuuteen 819 afrikkalaiselta, jotka olivat peräisin 63:sta eri populaatiosta, ja 154 muulta kuin afrikkalaiselta, jotka olivat peräisin yhdeksästä eri populaatiosta, jotka sijaitsivat Euroopassa, Lähi-idässä sekä Keski- ja Itä-Aasiassa. He tutkivat myös laktoosinsietokyvyn testin tuloksia 513 henkilöllä 50 itäafrikkalaisesta populaatiosta.

Heidän sekvensointi- ja fenotyyppitutkimuksensa vahvistivat yhteyden laktaasipysyvyyden ja kolmen tunnetun yksinukleotidipolymorfismin eli SNP:n, paikkojen, joissa DNA:n sekvenssi vaihtelee vain yhden ”kirjaimen” verran, välillä. Mutta he tunnistivat myös kaksi uutta ominaisuuteen liittyvää SNP:tä, jotka sijaitsevat alueilla, joiden uskotaan säätelevän laktaasigeenin ilmentymistä.

Heidän analyysinsä paljasti vahvaa näyttöä viimeaikaisesta positiivisesta valinnasta, joka vaikuttaa useisiin laktaasin pysyvyyteen liittyviin variantteihin afrikkalaisissa populaatioissa, todennäköisesti vastauksena paimentolaisuuden kulttuuriseen kehitykseen. Erilaiset maantieteelliset mallit, joissa näitä variantteja esiintyi, korreloivat monissa tapauksissa historiallisiin ihmisvaelluksiin, populaatioiden väliseen sekoittumiseen sekä nautojen, kamelien tai lampaiden leviämiseen.

He löysivät esimerkiksi varianttia T-13910, joka liittyy laktaasin pysyvyyteen eurooppalaisilla, keski- ja pohjoisafrikkalaisissa paimentolaisryhmissä, mikä viittaa siihen, että nämä ryhmät ovat saattaneet sekoittua historiallisesti muun kuin afrikkalaisen populaation kanssa. Tämän geneettisen mutaation iäksi on arvioitu 5 000-12 300 vuotta, mikä osuu yksiin karjan kesyttämisen alkuajankohdan kanssa Pohjois-Afrikassa ja Lähi-idässä. Eräs variantti, G-13915, jota on löydetty korkealla frekvenssillä Arabian niemimaalla ja jota esiintyy myös Pohjois-Keniassa ja Pohjois-Sudanissa, ajoittuu noin 5 000 vuoden taakse, eli samoihin aikoihin, jolloin arkeologiset todisteet viittaavat siihen, että alueella kesytettiin kameleita.

Toisesta variantista, G-13907, on löydetty tietoja Sudanin ja Kenian pohjoispuolelta sekä Etiopiasta. Tutkijat arvelevat, että mutaatio on saattanut syntyä Etiopiassa sijaitsevissa kusilaispopulaatioissa, jotka ovat myöhemmin muuttaneet Keniaan ja Sudaniin viimeisten 5 000 vuoden aikana.

Tutkijat havaitsivat vielä toisenkin muunnoksen, C-14010, Tansaniassa ja Keniassa sekä eteläisessä Afrikassa. Tämän muunnoksen uskotaan syntyneen 3 000-7 000 vuotta sitten, mikä ajoittuu samoihin aikoihin kuin paimentolaisväestön siirtyminen Pohjois-Afrikasta Itä-Afrikkaan. Tutkijoiden analyysi viittaa siihen, että tämä variantti on levinnyt eteläiseen Afrikkaan hiljattain, ehkä vasta viimeisten 1 000 vuoden aikana.

”Alamme piirtää kuvaa konvergentista evoluutiosta”, Tishkoff sanoi. ”Tuloksemme osoittavat, että eri paikoissa syntyy erilaisia mutaatioita, jotka ovat valinnan kohteena ja nousevat korkeisiin frekvensseihin, ja sitten ne leviävät uudelleen muuttoliikkeen myötä uusille alueille ja uusiin populaatioihin.”

Pennin tutkimusryhmä tunnisti uusia variantteja, mutta geneettiset tiedot eivät silti pystyneet selittämään näitä malleja. Joistakin ryhmistä, jotka näyttivät kykenevän sulattamaan maitoa, puuttui mitään geneettisiä merkkejä tästä kyvystä. Hadzat, joista lähes puolella oli laktaasipysyvyysominaisuus, ovat yksi esimerkki.

”Tämä herättää vahvan mahdollisuuden, että on olemassa muitakin variantteja, kenties genomin alueilla, joita emme ole vielä tutkineet”, Tishkoff sanoo.

Toinen mahdollisuus on, että suolistossa elävät vierasperäiset bakteerit voisivat tarjota ihmiselle apua maidon sulattamisessa. Ryhmä tutkii nyt afrikkalaisten suolistobakteereja selvittääkseen, voisiko näin olla.

Tutkimukseen osallistuivat lisäksi Michael C. Campbell, Jibril B. Hirbo ja Wen-Ya Ko Pennin genetiikan laitokselta, Alain Froment Musée de l’Homme -museosta Pariisista, Paolo Anagnostou Universita’ La Sapienza -yliopistosta ja Istituto Italiano di Antropologia -instituutista Roomasta, Maritha J. Kotze Stellenboschin yliopistosta Etelä-Afrikasta, Muntaser Ibrahim Khartumin yliopistosta, Thomas Nyambo Muhimbili University of Health and Allied Sciences -yliopistosta Tansaniasta ja Sabah A. Omar Kenian lääketieteellisestä tutkimuslaitoksesta.

Tishkoff keskustelee tästä työstä ja muista afrikkalaista geneettistä vaihtelua koskevista tutkimuksista kokouksessa ”Evolution of Modern Humans: From Bones to Genomes” 16.-18. maaliskuuta.