1

Nowe badania prowadzone przez naukowców z University of Pennsylvania – stanowiące największe badanie kiedykolwiek trwałości laktazy w geograficznie zróżnicowanych populacjach Afrykańczyków – zbadały genetyczne pochodzenie tej cechy i oferują wsparcie dla idei, że zdolność do trawienia mleka była potężną siłą selektywną w różnych populacjach afrykańskich, które podniosły bydło i spożywały świeże mleko zwierząt.

Badaniami kierowała Alessia Ranciaro, stypendystka podoktorska w Departamencie Genetyki Penn w Perelman School of Medicine, oraz Sarah Tishkoff, profesor wiedzy Penn Integrates z nominacjami w Departamencie Genetyki Penn Medicine i Departamencie Biologii Penn Arts and Sciences.

Papier zostanie opublikowany 13 marca w American Journal of Human Genetics.

Poprzednie badania wykazały, że północni Europejczycy i ludzie o północnoeuropejskim rodowodzie, jak również populacje z Afryki, Półwyspu Arabskiego i Azji Środkowej z tradycją produkcji i konsumpcji świeżego mleka, nadal wyrażać enzym laktazy do dorosłości. Niektóre z tych wcześniejszych badań wykazały, że genetyczne pochodzenie tej cechy u Europejczyków jest związane z konkretną mutacją, która reguluje ekspresję genu kodującego laktazę. A w 2007 roku badanie przez Tishkoff, Ranciaro i współpracowników zbadane populacje afrykańskie i znaleźć trzy dodatkowe warianty genetyczne związane z trwałości laktazy, które nie zostały wcześniej zidentyfikowane.

„Ale te warianty nie całkowicie konto dla powodu, dlaczego niektórzy Afrykanie byli w stanie strawić mleko” Ranciaro powiedział.

Aby spróbować pogodzić te pozorne rozbieżności między genotypem, genetyczną podstawą cechy, a fenotypem, samą cechą, Ranciaro, wraz z kolegami, prowadził badania terenowe do często odległych obszarów Kenii, Tanzanii i Sudanu, aby zebrać próbki krwi i wykonać test tolerancji laktozy na ludziach z różnych środowisk etnicznych.

„Pomysł był taki, że chcieliśmy pobrać próbki z jak największej liczby populacji i jak najbardziej zróżnicowanego zestawu populacji, jak to tylko możliwe,” powiedział Ranciaro. „Objęliśmy pasterzy, agro-pasterzy, rolnicy i myśliwi-zbieracze, więc cztery główne wzory utrzymania były wszystkie objęte.”

Badacze Penn pracował z afrykańskich współpracowników i lokalnych biur okręgowych i wodzów plemiennych do rozpowszechniania informacji i rekrutacji wolontariuszy do ich badania.

„To był bardzo trudny test do zrobienia w terenie w odległych regionach,” powiedział Ranciaro. „Byliśmy ostrożni, aby upewnić się, że ludzie rozumieją, dlaczego robimy to badanie i że będą musieli poświęcić godzinę lub więcej czasu potrzebnego do wykonania testu.”

Test ujawnia, czy ktoś ma zdolność do trawienia laktozy na glukozę i galaktozę. Wymaga od uczestników poszczenia przez noc, pomiaru poziomu cukru we krwi, następnie wypicia słodkiego napoju zawierającego laktozę równoważną jednemu do dwóch litrów mleka krowiego, a następnie badania poziomu cukru we krwi w określonych odstępach czasu.

Aby szukać genetycznych różnic między populacjami zdolności do trawienia mleka, zespół sekwencjonował trzy regiony genomowe uważane za wpływ na aktywność genu LCT kodującego laktazę w 819 Afrykanów z 63 różnych populacji i 154 nie-Afrykanów z dziewięciu różnych populacji w Europie, na Bliskim Wschodzie i Azji Środkowej i Wschodniej. Zbadali również wyniki testu tolerancji laktozy u 513 osób z 50 populacji w Afryce Wschodniej.

Ich sekwencjonowanie i wysiłki fenotypowania potwierdziły związek między trwałością laktazy i trzy znane polimorfizmy pojedynczego nukleotydu, lub SNPs, miejsca, w których sekwencja DNA różni się tylko w jednej „literze”. Ale oni również zidentyfikować dwa nowe SNP związane z cechą znajduje się w regionach, które są uważane za regulujące ekspresję genu laktazy.

Their analiza ujawniła silne dowody niedawnej pozytywnej selekcji wpływających kilka wariantów związanych z trwałości laktazy w populacjach afrykańskich, prawdopodobnie w odpowiedzi na rozwój kulturowy pasterstwa. Wyraźne wzorce geograficzne, w których te warianty były obecne korelują w wielu przypadkach z historycznych migracji ludzi, mieszanie między populacjami, jak również rozprzestrzenianie się bydła, wielbłądów lub sheep.

Na przykład, znaleźli wariant związany z trwałością laktazy w Europejczyków, T-13910, w centralnej i północnej Afryki grup pasterskich, sugerując, że grupy te mogą mieć mieszane historycznie z nie-afrykańskiej populacji. Wiek tej mutacji genetycznej szacuje się na 5,000-12,300 lat, co zbiega się z początkami udomowienia bydła w Afryce Północnej i na Bliskim Wschodzie. A wariant, G-13915, znaleziono przy wysokich częstotliwościach w Półwyspie Arabskim, a także obecny w północnej Kenii i północnego Sudanu, datuje się na około 5000 lat temu, około czasu, że archeologiczne dowody sugerują, że wielbłądy zostały udomowione w regionie.

Inny wariant, G-13907, został zidentyfikowany w północnych krańcach Sudanu i Kenii, jak również w Etiopii. Naukowcy spekulują, że mutacja mogła powstać w populacjach Cushitic w Etiopii, którzy później migrowali do Kenii i Sudanu w ciągu ostatnich 5,000 years.

They obserwowali jeszcze inny wariant, C-14010, w Tanzanii i Kenii, jak również w południowej Afryce. Ten wariant jest uważany za powstały 3,000 do 7,000 lat temu, czas zgodny z migracją pasterzy z Afryki Północnej do Afryki Wschodniej. Analiza naukowców sugeruje, że ten wariant rozprzestrzenił się niedawno do południowej Afryki, być może tylko w ciągu ostatnich 1,000 years.

„Zaczynamy malować obraz ewolucji konwergentnej” Tishkoff powiedział. „Nasze wyniki pokazują różne mutacje powstające w różnych miejscach, które są pod selekcji i wzrasta do wysokich częstotliwości, a następnie ponownie wprowadzone przez migrację do nowych obszarów i nowych populacji.”

Nawet z nowych wariantów zespół Penn zidentyfikowane, nie było jeszcze wzory, że dane genetyczne nie może wyjaśnić. Niektóre grupy, które okazały się być w stanie strawić mleko brakowało żadnych genetycznych oznak tej zdolności. The Hadza, z których prawie połowa miała cechę trwałości laktazy, są one example.

„To podnosi silną możliwość, że istnieją inne warianty tam, być może w regionach genomu jeszcze nie zbadaliśmy” Tishkoff said.

Inną możliwością jest to, że bakterie komensalne w jelitach może zaoferować ludziom pomocną dłoń w trawieniu mleka. Zespół jest teraz badanie bakterii jelitowych Afrykanów, aby zobaczyć, czy to może być the case.

Dodatkowi współautorzy w badaniu zawarte Michael C. Campbell, Jibril B. Hirbo i Wen-Ya Ko z Penn’s Department of Genetics; Alain Froment z Musée de l’Homme w Paryżu; Paolo Anagnostou z Universita’ La Sapienza i Istituto Italiano di Antropologia w Rzymie; Maritha J. Kotze z University of Stellenbosch w Republice Południowej Afryki; Muntaser Ibrahim z University of Khartoum; Thomas Nyambo z Muhimbili University of Health and Allied Sciences w Tanzanii; i Sabah A. Omar z Kenya Medical Research Institute.

Tishkoff będzie omawiać tę pracę i inne badania afrykańskiej zmienności genetycznej na spotkaniu „Evolution of Modern Humans: From Bones to Genomes”, 16-18 marca.

.