a természetes szelekció miatt a különböző allélok nagyobb valószínűséggel biztosítanak túlélési előnyt a különböző környezetekben. A fertőző betegségek prevalenciájának és virulenciájának ciklusai gyakran tükrözik a természetes szelekciót.
kiegyensúlyozott polimorfizmus
ha a természetes szelekció kiküszöböli a káros fenotípusú egyedeket a populációból, akkor miért maradnak fenn a káros mutáns allélok egy génállományban? A betegség továbbra is elterjedt, ha a heterozigótáknak más előnyük van azokkal szemben, akiknek a vad típusú allél két példánya van. Ha a hordozóknak olyan előnyeik vannak, amelyek lehetővé teszik a káros allél fennmaradását a populációban, akkor a kiegyensúlyozott polimorfizmus működik. A polimorfizmus ezen formája gyakran heterozigozitást von maga után egy öröklött betegség esetén, amely véd a fertőző betegség ellen. A példák lenyűgözőek.
sarlósejtes betegség
a sarlósejtes betegség autoszomális recesszív rendellenesség, amely vérszegénységet, ízületi fájdalmat, duzzadt lépet és gyakori, súlyos fertőzéseket okoz. A kiegyensúlyozott polimorfizmust szemlélteti, mivel a hordozók ellenállnak a maláriának, a Plasmodium falciparum parazita fertőzésének, amely hidegrázás és láz ciklusokat okoz. A parazita életciklusának első szakaszát az Anopheles gambiae szúnyog nyálmirigyében tölti. Amikor egy fertőzött szúnyog harap egy embert, a malária parazita belép a vörösvértestekbe, amelyek a májba szállítják. A vörösvértestek felrobbannak, felszabadítva a parazitát az egész testben.
1949-ben Anthony Allison Brit genetikus megállapította, hogy a sarlósejt-hordozók gyakorisága a trópusi Afrikában magasabb volt azokban a régiókban, ahol a malária egész évben tombolt. A maláriával kórházba került gyermekek vérvizsgálatai azt találták, hogy szinte mindegyik homozigóta volt a sarlósejtes allél vad típusához. A néhány sarlósejt-hordozó közül a legenyhébb malária volt. A malária jelenléte valahogy kiválasztotta a sarlósejtes allélt azáltal, hogy kivágta azokat az embereket, akik nem örökölték? Az a tény, hogy a sarlósejtes betegség sokkal ritkábban fordul elő az Egyesült Államokban, ahol a malária ritka, alátámasztja azt az elképzelést, hogy a sarlósejtes heterozigozitás védőhatást biztosít.
a sarlósejt-hordozó előnyének további bizonyítéka a malária által sújtott környezetben az a tény, hogy a sarlósejtes betegség növekedése párhuzamos az Anopheles szúnyogok szaporodási helyét biztosító növények termesztésével. 1000 körül a maláj-polinéz tengerészek Délkelet-Ázsiából kenuval utaztak Kelet-Afrikába, új banánt, jamgyökeret, tarót és kókuszdiót hoztak. Amikor a dzsungelt megtisztították ezeknek a növényeknek a termesztésére, a nyílt tér táptalajt biztosított a szúnyogok számára. A rovarok viszont élőhelyet kínáltak a malária parazita életciklusának egy részére.
a sarlósejtes gént Dél-Arábiából és Indiából vándorló emberek hozhatták Afrikába, vagy közvetlenül Kelet-Afrikában keletkezhetett mutáció révén. Azonban ez történt, az emberek, akik örökölték a sarlósejt allél egy példányát, vörösvérsejt-membránokkal rendelkeztek, amelyek nem engedték be a parazitát. A hordozóknak több gyermekük volt, és a védő allélt körülbelül a felüknek adták át. Fokozatosan a sarlósejtes allél gyakorisága Kelet-Afrikában 0, 1 százalékról látványos 45 százalékra nőtt harmincöt generáció alatt. A hordozók megfizették ennek a genetikai védelemnek az árát, amikor ketten sarlósejtes betegségben szenvedő gyermeket hoztak létre.
egy ciklus be van állítva. A nagyszámú sarlósejt-hordozóval rendelkező települések megúszták a legyengítő maláriát. Ezért elég erősek voltak ahhoz, hogy még több földet megtisztítsanak, hogy élelmet termeljenek – és támogassák a betegséget hordozó szúnyogokat. A sarlósejtes betegség még ma is gyakoribb a mezőgazdasági társadalmakban, mint azok között, akik vadásznak és élelmet gyűjtenek.
glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz hiány
a G6PD-hiány egy nemhez kötött enzimhiány, amely világszerte 400 millió embert érint. Életveszélyes hemolitikus vérszegénységet okoz, amelyben a vörösvértestek felrobbannak. Azonban csak bizonyos körülmények között fejlődik ki-fava bab fogyasztása, bizonyos típusú pollen belélegzése, bizonyos gyógyszerek szedése vagy bizonyos fertőzések megkötése. A súlyos maláriában szenvedő afrikai gyermekeken végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a G6PD-hiányban szenvedő heterozigóta nők és hemizigóta férfiak alulreprezentáltak. Ez arra utal, hogy az enzimhiányos gén öröklése valahogy véd a malária ellen.
az a tény, hogy a G6PD-hiány nemi kapcsolatban áll, olyan lehetőséget vezet be, amelyet nem látunk sarlósejtes betegség esetén, amely autoszomális recesszív. Mivel mind a heterozigótákat, mind a hemizigótákat kiválasztják, a mutáns allélnek végül túlsúlyban kell lennie a malária által kitett populációban. Ez azonban nem történik meg-még mindig vannak hemizigóta hímek, a vad típusú allél esetében pedig homozigóta nőstények. Az ok ismét a természetes szelekcióra vonatkozik. Az enzimhiányos embereket-hemizigóta hímeket és homozigóta nőstényeket-a vérszegénység választja ki a populációból. Ezért a természetes szelekció két irányban hat a hemizigóta hímekre – kiválasztja a mutáns allélt, mert véd a maláriás fertőzés ellen, mégis enzimhiány miatt választ ellene. Ez a kiegyensúlyozott polimorfizmus lényege.
PKU
a Fenilketnonuria az anyagcsere veleszületett hibája, amelyben egy hiányzó enzim a fenilalanin aminosav felhalmozódását okozza, pusztító hatással az idegrendszerre, kivéve, ha az egyén korlátozó étrendet követ. Ennek az autoszomális recesszív állapotnak a hordozói emelkedett fenilalaninszinttel rendelkeznek-olyan szintekkel, amelyek nem elég magasak ahhoz, hogy tüneteket okozzanak, de elég magasak ahhoz, hogy védőhatásuk legyen a terhesség alatt. Az orvosok megfigyelték, hogy a nők, akik PKU hordozók sokkal alacsonyabb -, mint az átlagos előfordulási gyakorisága a vetélés. Az egyik elmélet szerint a fenilalanin felesleg valamilyen módon inaktiválja az ochratoxin A nevű mérget, amelyet bizonyos gombák termelnek, és amelyről ismert, hogy spontán abortuszt okoz.
a történelem bizonyítja, hogy a PKU heterozigozitást összekapcsolja a gombás toxin elleni védelemmel. A PKU Leggyakoribb Írországban és Nyugat-Skóciában,és sok máshol élő érintett család a világ ezen részére vezethető vissza. Ha a PKU-hordozóknak a PKU gén védő hatásai miatt valószínűleg gyermekeik lesznek, mint a nem hordozóknak, az idő múlásával a betegséget okozó allél növelné a populációt.
Tay-Sachs-kór
a Tay-Sachs-betegség hordozója védelmet nyújthat a tuberkulózis (TBC) ellen. Az Askenazim populációkban az emberek legfeljebb 11 százaléka Tay-Sachs hordozó. A második világháború alatt a TBC rohamosan terjedt a kelet-európai zsidó településeken. Gyakran a Tay-Sachs-betegségben szenvedő gyermekek egészséges rokonai nem érintkeztek a TB-vel, még akkor sem, ha ismételten ki vannak téve. A tuberkulózis elleni védelem, amelyet a Tay-Sachs-kór heterozigozitása nyilvánvalóan kínált, a zsidó nép körében maradt, mert megakadályozták őket abban, hogy elhagyják a gettókat. A mutáns allél gyakorisága növekedett, mivel a TBC szelektíven kivágta azokat, akik nem hordozták, és a hordozók gyermekeket szültek egymással. A genetikai sodródás véletlenül elősegíthette a Tay-Sachs allél izolálását a holokauszt túlélőinek csoportjaiban. Pontosan, hogy a géntermék, a hexoseaminidase a nevű enzim szintje hogyan véd a TBC ellen, nem ismert.
cisztás fibrózis
a kiegyensúlyozott polimorfizmus megmagyarázhatja, miért olyan gyakori a cisztás fibrózis – a CF alapjául szolgáló anatómiai hiba védi a hasmenéses betegségeket, például a kolerát.
a Kolerajárványok nyomot hagytak az emberi populációkban, néhány nap alatt széles körű halált okozva. 1831 nyarán egy járvány megölte St. Louis lakosságának 10 százalékát, 1991-ben pedig járvány söpört végig Peruban. A kolera baktériumok hasmenést okoznak, amely gyorsan kiszárítja a testet, és sokkhoz, vese-és szívelégtelenséghez vezethet. A baktérium olyan toxint termel, amely kloridcsatornákat nyit a vékonybélben. Amint a só (NaCl) elhagyja a sejteket, a víz következik, természetes kémiai hajlamban a só hígítására. A bélsejtekből kifolyó víz hasmenésként hagyja el a testet.
1989-ben, amikor a genetikusok azonosították a CF gént, és leírták a fehérje termékét, mint egy kloridcsatorna szabályozóját bizonyos szekréciós sejtekben, lehetséges magyarázat merült fel az öröklött rendellenesség előfordulására. A kolera megnyitja a kloridcsatornákat, így a klorid és a víz elhagyja a sejteket. A CFTR fehérje éppen az ellenkezőjét teszi, lezárja a kloridcsatornákat és csapdába ejti a sót és a vizet a sejtekben, ami kiszárítja a nyálkát és más váladékokat. A CF-ben szenvedő személy nem fertőzheti meg a kolerát, mert a toxin nem tudja megnyitni a vékonybél kloridcsatornáit.
a CF hordozói élvezik a kiegyensúlyozott polimorfizmus vegyes áldását. Nem rendelkeznek elegendő rendellenes kloridcsatornával ahhoz, hogy a nehézlégzést és a cisztás fibrózis eltömődött hasnyálmirigyét okozzák, de elegendő hibájuk van ahhoz, hogy megakadályozzák a kolera elterjedését. A pusztító kolerajárványok során, amelyek a történelmet borsozták, a mutáns CF allélokat hordozó egyéneknek szelektív előnyük volt, és aránytalanul továbbították ezeket az allélokat a jövő generációinak. Mivel azonban a CF Nyugat-Európában és a kolera Afrikában jelent meg, talán a CF herterozigozitás kezdeti növekedése egy másik hasmenéses fertőzésre adott válasz volt.