Debido a la selección natural, es más probable que los diferentes alelos confieran una ventaja de supervivencia en diferentes entornos. Los ciclos de prevalencia y virulencia de enfermedades infecciosas a menudo reflejan la selección natural.
Polimorfismo equilibrado
Si la selección natural elimina individuos con fenotipos perjudiciales de una población, ¿por qué persisten los alelos mutantes dañinos en un acervo genético? Una enfermedad puede permanecer prevalente cuando los heterocigotos tienen alguna otra ventaja sobre los individuos que tienen dos copias del alelo de tipo salvaje. Cuando los portadores tienen ventajas que permiten que un alelo perjudicial persista en una población, funciona el polimorfismo equilibrado. Esta forma de polimorfismo a menudo implica heterocigosis para una enfermedad hereditaria que protege contra una enfermedad infecciosa. Los ejemplos son fascinantes.
Anemia de células Falciformes
La anemia de células falciformes es un trastorno autosómico recesivo que causa anemia, dolor en las articulaciones, inflamación del bazo e infecciones frecuentes y graves. Ilustra el polimorfismo equilibrado porque los portadores son resistentes a la malaria, una infección por el parásito Plasmodium falciparum que causa ciclos de escalofríos y fiebre. El parásito pasa la primera etapa de su ciclo de vida en las glándulas salivales del mosquito Anopheles gambiae. Cuando un mosquito infectado pica a un ser humano, el parásito de la malaria entra en los glóbulos rojos, que lo transportan al hígado. Los glóbulos rojos estallan, liberando el parásito por todo el cuerpo.
En 1949, el genetista británico Anthony Allison descubrió que la frecuencia de portadores de células falciformes en África tropical era mayor en las regiones donde la malaria se extendía durante todo el año. Los análisis de sangre de niños hospitalizados con malaria encontraron que casi todos eran homocigotos para el tipo salvaje de alelo de células falciformes. Los pocos portadores de células falciformes entre ellos tenían los casos más leves de malaria. ¿La presencia de malaria seleccionó de alguna manera el alelo de células falciformes al talar a personas que no lo heredaron? El hecho de que la anemia de células falciformes sea mucho menos común en los Estados Unidos, donde la malaria es poco frecuente, respalda la idea de que la heterocigosis de células falciformes proporciona un efecto protector.
Otra evidencia de la ventaja de un portador de células falciformes en un entorno plagado de malaria es el hecho de que el aumento de la enfermedad de células falciformes es paralelo al cultivo de cultivos que proporcionan caldo de cultivo para mosquitos anófeles. Alrededor del año 1000 a.de J.C., marineros malayo-polinesios del sudeste asiático viajaron en canoas a África Oriental, trayendo nuevos cultivos de plátanos, ñames, taros y cocos. Cuando se despejó la selva para cultivar estos cultivos, el espacio abierto proporcionó un caldo de cultivo para los mosquitos. Los insectos, a su vez, ofrecieron un hábitat para parte del ciclo de vida del parásito de la malaria.
El gen de células falciformes puede haber sido traído a África por personas que migran del sur de Arabia e India, o puede haber surgido por mutación directamente en África Oriental. Sin embargo, las personas que heredaron una copia del alelo falciforme tenían membranas de glóbulos rojos que no admitían el parásito. Los portadores tuvieron más hijos y pasaron el alelo protector a aproximadamente la mitad de ellos. Gradualmente, la frecuencia del alelo de células falciformes en África oriental aumentó de 0,1 por ciento a un espectacular 45 por ciento en treinta y cinco generaciones. Los portadores pagaron el precio de esta protección genética, siempre que dos de ellos produjeran un niño con anemia de células falciformes.
Un ciclo establecido. Los asentamientos con un gran número de portadores de células falciformes escaparon a la malaria debilitante. Por lo tanto, eran lo suficientemente fuertes como para despejar aún más tierra para cultivar alimentos y soportar a los mosquitos portadores de enfermedades. Incluso hoy en día, la anemia falciforme es más prevalente en las sociedades agrícolas que entre las personas que cazan y recogen sus alimentos.
Deficiencia de Glucosa-6-Fosfato Deshidrogenasa
La deficiencia de G6PD es una deficiencia enzimática ligada al sexo que afecta a 400 millones de personas en todo el mundo. Causa anemia hemolítica potencialmente mortal, en la que revientan los glóbulos rojos. Sin embargo, solo se desarrolla bajo condiciones específicas: comer habas, inhalar ciertos tipos de polen, tomar ciertos medicamentos o contraer ciertas infecciones. Los estudios en niños africanos con malaria grave muestran que las mujeres heterocigotas y los hombres hemígotos para la deficiencia de G6PD están subrepresentados. Esto sugiere que heredar el gen de deficiencia enzimática de alguna manera protege contra la malaria.
El hecho de que la deficiencia de G6PD esté relacionada con el sexo introduce una posibilidad que no vemos con la enfermedad de células falciformes, que es autosómica recesiva. Debido a que tanto los heterocigotos como los hemizigotos se seleccionan para, el alelo mutante eventualmente debería predominar en una población expuesta a la malaria. Sin embargo, esto no sucede – todavía hay hombres hemicigotos y hembras homocigóticas para el alelo de tipo salvaje. La razón se relaciona de nuevo con la selección natural. Las personas con deficiencia enzimática-hombres hemígotos y mujeres homocigotas – son seleccionadas de la población por la anemia. Por lo tanto, la selección natural actúa en dos direcciones en los machos hemígigos: seleccionar para el alelo mutante porque protege contra la infección por malaria, pero seleccionar contra ella debido a una deficiencia enzimática. Esta es la esencia del polimorfismo equilibrado.
PKU
La fenilcetnonuria es un error innato del metabolismo en el que una enzima faltante hace que se acumule el aminoácido fenilalanina, con efectos devastadores en el sistema nervioso a menos que el individuo siga una dieta restrictiva. Los portadores de esta afección autosómica recesiva tienen niveles elevados de fenilalanina, niveles que no son lo suficientemente altos como para causar síntomas, pero que son lo suficientemente altos como para tener un efecto protector durante el embarazo. Los médicos han observado que las mujeres portadoras de PKU tienen una incidencia de aborto espontáneo mucho menor que la media. Una teoría es que el exceso de fenilalanina de alguna manera inactiva un veneno, llamado ocratoxina A, que ciertos hongos producen y que se sabe que causa un aborto espontáneo.
La historia proporciona la evidencia de que vincula la heterocigosidad de la PKU con la protección contra una toxina fúngica. La PKU es más común en Irlanda y el oeste de Escocia, y muchas familias afectadas que viven en otros lugares tienen sus raíces en esta parte del mundo. Si los portadores de PKU tuvieran más probabilidades de tener hijos que los no portadores debido a los efectos protectores del gen de la PKU, con el tiempo, el alelo causante de la enfermedad aumentaría la población.
Enfermedad de Tay-Sachs
Portar la enfermedad de Tay-Sachs puede proteger contra la tuberculosis (TB). En las poblaciones ashkenazíes, hasta el 11 por ciento de las personas son portadores de Tay-Sachs. Durante la Segunda Guerra Mundial, la TUBERCULOSIS proliferó en los asentamientos judíos de Europa Oriental. A menudo, los familiares sanos de los niños con enfermedad de Tay-Sachs no entraron en contacto con la tuberculosis, incluso cuando se expusieron repetidamente. La protección contra la TUBERCULOSIS que aparentemente ofrecía la heterocigosis de la enfermedad de Tay-Sachs permaneció entre el pueblo judío porque se le impidió salir de los guetos. El alelo mutante aumentó en frecuencia a medida que la TB talaba selectivamente a aquellos que no lo portaban y los portadores tenían hijos entre sí. La deriva genética también puede haber ayudado a aislar el alelo Tay-Sachs, por casualidad, en grupos de sobrevivientes del holocausto. No se sabe exactamente cómo protegen contra la tuberculosis los niveles bajos del producto genético, una enzima llamada hexoseaminidasa A.
Fibrosis quística
El polimorfismo equilibrado puede explicar por qué la fibrosis quística es tan común: el defecto anatómico que subyace a la FQ protege contra las enfermedades diarreicas, como el cólera.
Las epidemias de cólera han dejado su huella en las poblaciones humanas, causando muertes generalizadas en pocos días. En el verano de 1831, una epidemia mató al 10 por ciento de la población de San Luis, y en 1991, una epidemia barrió el Perú. La bacteria del cólera causa diarrea, que deshidrata rápidamente el cuerpo y puede provocar shock e insuficiencia renal y cardíaca. La bacteria produce una toxina que abre los canales de cloruro en el intestino delgado. A medida que la sal (NaCl) sale de las células, sigue el agua, con una tendencia química natural a diluir la sal. El agua que sale corriendo de las células intestinales sale del cuerpo en forma de diarrea.
En 1989, cuando los genetistas identificaron el gen de la FQ y describieron su producto proteico como regulador de un canal de cloruro en ciertas células secretoras, surgió una posible explicación de la prevalencia del trastorno hereditario. El cólera abre los canales de cloruro, dejando que el cloruro y el agua salgan de las células. La proteína CFTR hace exactamente lo contrario, cerrando los canales de cloruro y atrapando la sal y el agua en las células, lo que seca el moco y otras secreciones. Una persona con FQ no puede contraer cólera, porque la toxina no puede abrir los canales de cloruro en el intestino delgado.
Los portadores de FQ disfrutan de la bendición mixta de un polimorfismo equilibrado. No tienen suficientes canales anormales de cloruro para causar la respiración dificultosa y el páncreas obstruido de fibrosis quística, pero tienen suficiente defecto para evitar que el cólera se arraigue. Durante las devastadoras epidemias de cólera que han salpicado la historia, los individuos portadores de alelos mutantes de FQ tuvieron una ventaja selectiva, y transmitieron desproporcionadamente esos alelos a las generaciones futuras. Sin embargo, debido a que la FQ surgió en Europa occidental y el cólera en África, tal vez un aumento inicial de la herterocigosis de FQ fue una respuesta a una infección diarreica diferente.