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Un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Università della Pennsylvania – che costituisce il più grande esame mai effettuato sulla persistenza della lattasi in popolazioni geograficamente diverse di africani – ha studiato le origini genetiche di questo tratto e offre supporto all’idea che la capacità di digerire il latte sia stata una potente forza selettiva in una varietà di popolazioni africane che allevavano bestiame e consumavano il latte fresco degli animali.

La ricerca è stata condotta da Alessia Ranciaro, una borsista post-dottorato presso il Dipartimento di Genetica della Penn nella Perelman School of Medicine, e Sarah Tishkoff, un professore di Penn Integrates Knowledge con incarichi nel Dipartimento di Genetica della Penn Medicine e nel Dipartimento di Biologia della Penn Arts and Sciences.

Il documento sarà pubblicato il 13 marzo nell’American Journal of Human Genetics.

La ricerca precedente aveva dimostrato che gli europei del nord e le persone con antenati del nord Europa, così come le popolazioni dell’Africa, della penisola arabica e dell’Asia centrale con una tradizione di produzione e consumo di latte fresco, continuano a esprimere l’enzima lattasi in età adulta. Alcuni di questi studi precedenti avevano rintracciato l’origine genetica di questo tratto negli europei a una particolare mutazione che regola l’espressione del gene che codifica per la lattasi. E nel 2007 uno studio di Tishkoff, Ranciaro e colleghi ha esaminato le popolazioni africane e ha trovato tre varianti genetiche aggiuntive associate alla persistenza della lattasi che non erano state precedentemente identificate.

“Ma queste varianti non spiegavano completamente il motivo per cui alcuni africani erano in grado di digerire il latte”, ha detto Ranciaro.

Per cercare di conciliare queste apparenti discrepanze tra genotipo, la base genetica di una caratteristica, e fenotipo, la caratteristica stessa, Ranciaro, insieme ai colleghi, ha condotto studi sul campo in aree spesso remote del Kenya, Tanzania e Sudan per raccogliere campioni di sangue ed eseguire un test di tolleranza al lattosio su persone di diversa provenienza etnica.

“L’idea era che volevamo campionare quante più popolazioni, e un insieme di popolazioni diverse, possibile”, ha detto Ranciaro. “Abbiamo incluso pastori, agropastorali, agricoltori e cacciatori-raccoglitori, quindi i quattro principali modelli di sussistenza erano tutti coperti.”

I ricercatori della Penn hanno lavorato con collaboratori africani e uffici distrettuali locali e capi tribù per diffondere la parola e reclutare volontari per il loro studio.

“Questo è stato un test molto impegnativo da fare sul campo in regioni remote,” ha detto Ranciaro. “Siamo stati attenti ad assicurarci che le persone capissero perché stavamo facendo questo studio e che avrebbero dovuto impegnarsi per l’ora o più del tempo necessario per fare il test.”

Il test rivela se qualcuno ha la capacità di digerire il lattosio in glucosio e galattosio. Richiede ai partecipanti di digiunare durante la notte, farsi misurare la glicemia, poi bere una bevanda dolce contenente l’equivalente del lattosio di uno o due litri di latte di mucca e successivamente farsi analizzare la glicemia a intervalli prestabiliti.

Per cercare variazioni genetiche tra le capacità delle popolazioni di digerire il latte, il team ha sequenziato tre regioni genomiche pensate per influenzare l’attività del gene LCT codificante la lattasi in 819 africani di 63 popolazioni diverse e 154 non africani di nove popolazioni diverse in Europa, Medio Oriente e Asia centrale e orientale. Hanno anche esaminato i risultati del test di tolleranza al lattosio in 513 persone provenienti da 50 popolazioni dell’Africa orientale.

I loro sforzi di sequenziamento e fenotipizzazione hanno confermato l’associazione tra la persistenza della lattasi e tre polimorfismi a singolo nucleotide conosciuti, o SNPs, luoghi dove la sequenza del DNA varia in una sola “lettera”. Ma hanno anche identificato due nuovi SNP associati al tratto situato in regioni che si pensa di regolare l’espressione del gene della lattasi.

La loro analisi ha rivelato una forte evidenza di recente selezione positiva che colpisce diverse varianti associate alla persistenza della lattasi nelle popolazioni africane, probabilmente in risposta allo sviluppo culturale del pastoralismo. I modelli geografici distinti in cui queste varianti erano presenti correlano in molti casi con le migrazioni umane storiche, la miscelazione tra le popolazioni così come la diffusione di bovini, cammelli o pecore.

Per esempio, hanno trovato la variante associata alla persistenza della lattasi negli europei, T-13910, nei gruppi di pastori dell’Africa centrale e settentrionale, suggerendo che questi gruppi possono essersi mescolati storicamente con una popolazione non africana. L’età di questa mutazione genetica è stimata a 5.000-12.300 anni, in coincidenza con le origini dell’addomesticamento del bestiame in Nord Africa e in Medio Oriente. E una variante, G-13915, trovata ad alta frequenza nella penisola arabica, e presente anche nel Kenya settentrionale e nel Sudan settentrionale, risale a circa 5.000 anni fa, intorno al momento in cui le prove archeologiche suggeriscono che i cammelli sono stati addomesticati nella regione.

Un’altra variante, G-13907, è stata identificata nella parte settentrionale del Sudan e del Kenya, nonché in Etiopia. I ricercatori ipotizzano che la mutazione possa essere sorta nelle popolazioni Cushitic in Etiopia, che poi sono migrate in Kenya e Sudan negli ultimi 5.000 anni.

Hanno osservato ancora un’altra variante, C-14010, in Tanzania e Kenya, nonché in Africa meridionale. Si ritiene che questa variante sia sorta da 3.000 a 7.000 anni fa, una tempistica in linea con la migrazione dei pastori dal Nord Africa in Africa orientale. L’analisi dei ricercatori suggerisce che questa variante si è diffusa più recentemente nell’Africa meridionale, forse solo negli ultimi 1.000 anni.

“Stiamo iniziando a dipingere un quadro di evoluzione convergente”, ha detto Tishkoff. “I nostri risultati stanno mostrando diverse mutazioni che sorgono in luoghi diversi che sono sotto selezione e salgono ad alte frequenze e poi reintrodotte dalla migrazione in nuove aree e nuove popolazioni.”

Anche con le nuove varianti identificate dal team della Penn, c’erano ancora modelli che i dati genetici non potevano spiegare. Alcuni gruppi che sembravano essere in grado di digerire il latte mancavano di qualsiasi segno genetico di questa abilità. Gli Hadza, quasi la metà dei quali aveva il tratto di persistenza della lattasi, sono un esempio.

“Questo solleva la forte possibilità che ci siano altre varianti là fuori, forse in regioni del genoma che non abbiamo ancora esaminato”, ha detto Tishkoff.

Un’altra possibilità è che i batteri commensali nell’intestino potrebbero offrire agli umani una mano nella digestione del latte. Il team sta ora testando i batteri intestinali degli africani per vedere se questo potrebbe essere il caso.

Coautori aggiuntivi sullo studio includevano Michael C. Campbell, Jibril B. Hirbo e Wen-Ya Ko del dipartimento di genetica della Penn; Alain Froment del Musée de l’Homme di Parigi; Paolo Anagnostou dell’Università La Sapienza e Istituto Italiano di Antropologia a Roma; Maritha J. Kotze dell’Università di Stellenbosch in Sudafrica; Muntaser Ibrahim dell’Università di Khartoum; Thomas Nyambo della Muhimbili University of Health and Allied Sciences in Tanzania; e Sabah A. Omar del Kenya Medical Research Institute.

Tishkoff discuterà questo lavoro e altri studi sulla variazione genetica africana al meeting “Evolution of Modern Humans: From Bones to Genomes”, dal 16 al 18 marzo.