på grund af naturlig selektion er forskellige alleler mere tilbøjelige til at give en overlevelsesfordel i forskellige miljøer. Cykler af smitsomme sygdomme prævalens og virulens afspejler ofte naturlig selektion.
balanceret polymorfisme
hvis naturlig selektion eliminerer individer med skadelige fænotyper fra en population, hvorfor fortsætter skadelige mutante alleler i en genpool? En sygdom kan forblive udbredt, når heterosygoter har en anden fordel i forhold til personer, der har to kopier af den vilde type allel. Når bærere har fordele, der tillader en skadelig allel at fortsætte i en befolkning, er afbalanceret polymorfisme på arbejde. Denne form for polymorfisme medfører ofte heterosygositet for en arvelig sygdom, der beskytter mod en smitsom sygdom. Eksempler er fascinerende.
seglcellesygdom
seglcellesygdom er en autosomal recessiv lidelse, der forårsager anæmi, ledsmerter, en hævet milt og hyppige, alvorlige infektioner. Det illustrerer afbalanceret polymorfisme, fordi bærere er resistente over for malaria, en infektion med parasitten Plasmodium falciparum, der forårsager kulderystelser og feber. Parasitten tilbringer den første fase af sin livscyklus i spytkirtlerne i myggen Anopheles gambiae. Når en inficeret myg bider et menneske, kommer malariaparasitten ind i de røde blodlegemer, som transporterer den til leveren. De røde blodlegemer brister og frigiver parasitten i hele kroppen.
i 1949 fandt den britiske genetiker Anthony Allison, at hyppigheden af seglcellebærere i tropisk Afrika var højere i regioner, hvor malaria rasede hele året rundt. Blodprøver fra børn indlagt med malaria viste, at næsten alle var homosygøse for den vilde type seglcelleallel. De få seglcellebærere blandt dem havde de mildeste tilfælde af malaria. Var tilstedeværelsen af malaria på en eller anden måde at vælge seglcelleallelen ved at fælde mennesker, der ikke arvede den? Det faktum, at seglcellesygdom er langt mindre almindelig i USA, hvor malaria er sjælden, understøtter ideen om, at seglcelleheterosyositet giver en beskyttende virkning.
yderligere bevis for en seglcellebærers fordel i et malaria-redet miljø er det faktum, at stigningen af seglcellesygdom er parallel med dyrkning af afgrøder, der giver ynglepladser til Anopheles myg. Omkring 1000 f.kr. rejste Malayo-polynesiske søfolk fra Sydøstasien i kanoer til Østafrika og bragte nye afgrøder af bananer, yams, taros og kokosnødder. Da junglen blev ryddet for at dyrke disse afgrøder, gav det åbne rum yngleplads til myg. Insekterne tilbød igen et levested for en del af malariaparasittens livscyklus.
seglcellegenet kan være bragt til Afrika af mennesker, der migrerer fra det sydlige Arabien og Indien, eller det kan være opstået ved mutation direkte i Østafrika. Men det skete, mennesker, der arvede en kopi af seglcelleallelen, havde røde blodlegemer, der ikke indrømmede parasitten. Bærere havde flere børn og passerede den beskyttende allel til ca.halvdelen af dem. Gradvist steg frekvensen af seglcelleallelen i Østafrika fra 0,1 procent til en spektakulær 45 procent i femogtredive generationer. Bærere betalte prisen for denne genetiske beskyttelse, hver gang to producerede et barn med seglcellesygdom.
en cyklus indstillet. Bosættelser med et stort antal seglcellebærere undslap svækkende malaria. De var derfor stærke nok til at rydde endnu mere jord til at dyrke mad – og støtte de sygdomsbærende myg. Selv i dag er seglcellesygdom mere udbredt i landbrugssamfund end blandt mennesker, der jager og samler deres mad.
glukose-6-Phosphatdehydrogenasemangel
G6PD-mangel er en kønsbundet mangel, der rammer 400 millioner mennesker over hele verden. Det forårsager livstruende hæmolytisk anæmi, hvor røde blodlegemer brister. Det udvikler sig dog kun under særlige forhold – at spise fava bønner, indånde visse typer pollen, tage visse lægemidler eller indgå visse infektioner. Undersøgelser af afrikanske børn med svær malaria viser, at heterogene kvinder og hemisygøse mænd for G6PD-mangel er underrepræsenteret. Dette tyder på, at arvemangelgenet på en eller anden måde beskytter mod malaria.
det faktum, at G6PD-mangel er kønsbundet, introducerer en mulighed, vi ikke ser med seglcellesygdom, som er autosomal recessiv. Fordi både heterosygoter og hemisygoter er valgt til, bør den mutante allel til sidst dominere i en malaria-eksponeret population. Dette sker dog ikke – der er stadig hanner hemisygøse og hunner homosygøse for den vilde type allel. Årsagen vedrører igen naturlig udvælgelse. Mennesker med blodmangel – hemisygøse hanner og homosygøse hunner-udvælges ud af befolkningen af anæmi. Derfor virker naturlig selektion i to retninger på de hemisygøse hanner – at vælge for den mutante allel, fordi den beskytter mod malarial infektion, men alligevel vælger imod den, fordi en fermisk mangel. Dette er essensen af afbalanceret polymorfisme.
PKU
Phenylketnonuria er en medfødt stofskiftefejl, hvor et manglende fenylalanin får aminosyren phenylalanin til at opbygges med ødelæggende virkninger på nervesystemet, medmindre personen følger en restriktiv diæt. Bærere af denne autosomale recessive tilstand har forhøjede phenylalaninniveauer – niveauer, der ikke er tilstrækkeligt høje til at forårsage symptomer, men som er høje nok til, at de kan have en beskyttende virkning under graviditeten. Læger har observeret, at kvinder, der er PKU-bærere, har en meget lavere end den gennemsnitlige forekomst af abort. En teori er, at overskydende phenylalanin på en eller anden måde inaktiverer en gift, kaldet ochratoksin A, som visse svampe producerer, og som vides at forårsage spontan abort.
historie giver beviser, der forbinder PKU heterosygositet til beskyttelse mod et svampetoksin. PKU er mest almindelig i Irland og det vestlige Skotland, og mange berørte familier, der bor andre steder, sporer deres rødder til denne del af verden. Hvis PKU-bærere mest sandsynligt havde børn end ikke-bærere på grund af de beskyttende virkninger af PKU-genet, ville den sygdomsfremkaldende allel over tid øge befolkningen.
Tay-Sachs sygdom
bæring af Tay-Sachs sygdom kan beskytte mod tuberkulose (TB). I Ashkenasimpopulationer er op til 11 procent af befolkningen Tay-Sachs-bærere. Under Anden Verdenskrig, TB løb voldsomt i østeuropæiske jødiske bosættelser. Ofte kontaktede sunde slægtninge til børn med Tay-Sachs sygdom ikke TB, selv når de gentagne gange blev udsat. Den beskyttelse mod TB, som Tay-Sachs sygdom tilsyneladende tilbød, forblev blandt Det Jødiske Folk, fordi de blev forhindret i at forlade ghettoerne. Den mutante allel steg i frekvens, da TB selektivt fældede dem, der ikke bar den, og bærerne havde børn med hinanden. Genetisk drift kan også have hjulpet med at isolere Tay-Sachs-allelen tilfældigt i grupper af Holocaust-overlevende. Præcis hvordan nedsatte niveauer af genproduktet, et såkaldt geksoseaminidase a, beskytter mod TB, er ikke kendt.
cystisk fibrose
balanceret polymorfisme kan forklare, hvorfor cystisk fibrose er så almindelig – den anatomiske defekt, der ligger til grund for CF, beskytter mod diarreale sygdomme, såsom kolera.
Koleraepidemier har sat deres præg på menneskelige befolkninger og forårsaget udbredt død på få dage. I sommeren 1831 dræbte en epidemi 10 procent af befolkningen i St. Louis, og i 1991 fejede en epidemi Peru. Kolera bakterier forårsager diarre, som hurtigt dehydrerer kroppen og kan føre til chok og nyre-og hjertesvigt. Bakterien producerer et toksin, der åbner chloridkanaler i tyndtarmen. Når salt (NaCl) forlader cellerne, følger vand i en naturlig kemisk tendens til at fortynde saltet. Vand farende ud af tarmceller forlader kroppen som diarre.
i 1989, da genetikere identificerede CF-genet og beskrev dets proteinprodukt som en regulator af en chloridkanal i visse sekretoriske celler, opstod en mulig forklaring på forekomsten af den arvelige lidelse. Kolera åbner kloridkanaler, så klorid og vand forlader celler. CFTR-proteinet gør det modsatte, lukker kloridkanaler og fanger salt og vand i celler, som tørrer slim og andre sekretioner ud. En person med CF kan ikke indgå kolera, fordi toksinet ikke kan åbne chloridkanalerne i tyndtarmen.
bærere af CF nyder den blandede velsignelse af en afbalanceret polymorfisme. De har ikke nok unormale kloridkanaler til at forårsage den anstrengte vejrtrækning og tilstoppede bugspytkirtel af cystisk fibrose, men de har nok af en defekt til at forhindre koleraen i at tage fat. Under de ødelæggende koleraepidemier, der har krydret historie, individer, der bærer mutante CF-alleler, havde en selektiv fordel, og de overførte uforholdsmæssigt disse alleler til fremtidige generationer. Imidlertid, fordi CF opstod i Vesteuropa og kolera i Afrika, måske var en indledende stigning i CF-herterosygositet et svar på en anden diarreal infektion.