Because of natural selection, different alleles are more likely to confer a survival advantage in different environments. Os ciclos de prevalência e virulência das doenças infecciosas reflectem frequentemente a selecção natural.
polimorfismo equilibrado
se a selecção natural elimina indivíduos com fenótipos prejudiciais de uma população, então porque é que alelos mutantes nocivos persistem num conjunto de genes? Uma doença pode permanecer prevalente quando heterozigotas têm alguma outra vantagem sobre indivíduos que têm duas cópias do alelo tipo selvagem. Quando os portadores têm vantagens que permitem que um alelo prejudicial persista em uma população, o polimorfismo equilibrado está no trabalho. Esta forma de polimorfismo muitas vezes implica heterozigosidade para uma doença hereditária que protege contra uma doença infecciosa. Os exemplos são fascinantes.
doença das células falciformes
doença das células falciformes é uma doença recessiva autossómica que causa anemia, dor nas articulações, inchaço do baço e infecções frequentes e graves. Ilustra polimorfismo equilibrado porque os portadores são resistentes à malária, uma infecção pelo parasita Plasmodium falciparum que causa ciclos de calafrios e febre. O parasita passa a primeira fase do seu ciclo de vida nas glândulas salivares do mosquito Anopheles gambiae. Quando um mosquito infectado morde um humano, o parasita da malária entra nos glóbulos vermelhos, que o transportam para o fígado. Os glóbulos vermelhos rebentaram, libertando o parasita por todo o corpo.
em 1949, o geneticista britânico Anthony Allison descobriu que a frequência de portadores de células falciformes na África tropical era maior nas regiões onde a malária assolava durante todo o ano. Análises ao sangue de crianças hospitalizadas com malária descobriram que quase todas eram homozigóticas para o tipo selvagem de alelo de células falciformes. Os poucos portadores de células falciformes entre eles tiveram os casos mais leves de malária. A presença de malária foi de alguma forma selecionada para o alelo de células falciformes por matar pessoas que não o herdaram? O fato de que a doença das células falciformes é muito menos comum nos Estados Unidos, onde a malária é rara, sustenta a ideia de que a heterozigosidade das células falciformes fornece um efeito protetor.
evidência adicional da vantagem de um portador de células falciformes em um ambiente repleto de malária é o fato de que o aumento da doença de células falciformes é paralelo ao cultivo de culturas que fornecem locais de reprodução para mosquitos Anofeles. Cerca de 1.000 A. C., marinheiros Malaio-polinésios do Sudeste Asiático viajaram em canoas para a África Oriental, trazendo novas plantações de bananas, inhames, taros e cocos. Quando a selva foi limpa para cultivar estas culturas, o Espaço aberto proporcionou terreno fértil para mosquitos. Os insetos, por sua vez, ofereceram um habitat para parte do ciclo de vida do parasita da malária.
o gene das células falciformes pode ter sido trazido para a África por pessoas que migram do Sul da Arábia e da Índia, ou pode ter surgido por mutação diretamente na África Oriental. No entanto, as pessoas que herdaram uma cópia do alelo das células falciformes tinham membranas de glóbulos vermelhos que não admitiam o parasita. Os portadores tiveram mais filhos e passaram pelo Alelo protetor para aproximadamente metade deles. Gradualmente, a frequência do alelo de células falciformes na África Oriental subiu de 0,1 por cento para um espetacular 45 por cento em trinta e cinco gerações. Os portadores pagavam o preço por esta proteção genética, sempre que dois produziam uma criança com anemia falciforme.
um ciclo estabelecido. Assentamentos com grande número de portadores de células falciformes escaparam à malária debilitante. Eles eram, portanto, fortes o suficiente para limpar ainda mais terra para cultivar alimentos – e apoiar os mosquitos portadores da doença. Ainda hoje, a doença das células falciformes é mais prevalente nas sociedades agrícolas do que entre as pessoas que caçam e recolhem os seus alimentos.Deficiência de Glucose-6-fosfato desidrogenase
deficiência de G6PD é uma deficiência enzimática ligada ao sexo que afeta 400 milhões de pessoas em todo o mundo. Causa anemia hemolítica potencialmente fatal, em que os glóbulos vermelhos explodem. No entanto, desenvolve – se apenas sob condições específicas-comer Fava, inalar certos tipos de pólen, tomar certas drogas ou contrair certas infecções. Estudos sobre crianças africanas com malária grave mostram que as mulheres heterozigóticas e os homens hemizigóticos para a deficiência de G6PD estão sub-representados. Isto sugere que herdar o gene da deficiência enzimática de alguma forma protege contra a malária.
o facto de a deficiência de G6PD estar ligada ao sexo introduz uma possibilidade que não vemos com a doença das células falciformes, que é autossómica recessiva. Como ambos os heterozigotos e hemizigotos são selecionados para, o alelo mutante deve eventualmente predominar em uma população exposta à malária. No entanto, isso não acontece-ainda há machos hemizigóticos e fêmeas homozigóticos para o alelo Selvagem. A razão mais uma vez se relaciona com a seleção natural. Pessoas com deficiência enzimática-homens hemizigóticos e mulheres homozigóticas-são selecionadas para fora da população pela anemia. Portanto, a seleção natural atua em duas direções sobre os machos hemizigóticos – selecionando para o alelo mutante porque protege contra a infecção da malária, ainda selecionando contra ele porque uma deficiência enzimática. Esta é a essência do polimorfismo equilibrado.
PKU
Fenilcetnonúria é um erro inato do metabolismo no qual uma enzima em falta faz com que a fenilalanina aminoácido se acumule, com efeitos devastadores no sistema nervoso, a menos que o indivíduo siga uma dieta restritiva. Os portadores desta condição recessiva autossómica têm níveis elevados de fenilalanina-níveis que não são suficientemente elevados para causar sintomas, mas que são suficientemente elevados para que possam ter um efeito protector durante a gravidez. Os médicos observaram que as mulheres portadoras de PKU têm uma incidência muito inferior à média de aborto espontâneo. Uma teoria é que o excesso de fenilalanina de alguma forma inativa um veneno, chamado ocratoxina A, que certos fungos produzem e que é conhecido por causar aborto espontâneo.
a história fornece a evidência que liga a heterozigosidade PKU à protecção contra uma toxina fúngica. PKU é mais comum na Irlanda e Oeste da Escócia, e muitas famílias afetadas que vivem em outros lugares traçam suas raízes nesta parte do mundo. Se os portadores da PKU tivessem mais probabilidade de ter filhos do que não portadores, devido aos efeitos protectores do gene PKU, com o tempo, o alelo causador da doença aumentaria a população.
doença de Tay-Sachs
portador da doença de Tay-Sachs pode proteger contra a tuberculose (TB). Em populações de Ashkenazim, até 11% das pessoas são portadores de Tay-Sachs. Durante a Segunda Guerra Mundial, A TB correu rampant nos assentamentos judaicos do leste Europeu. Frequentemente, familiares saudáveis de crianças com a doença de Tay-Sachs não contactaram a tuberculose, mesmo quando repetidamente expostos. A proteção contra a tuberculose que a heterozigosidade da doença de Tay-Sachs aparentemente ofereceu permaneceu entre o povo judeu porque eles foram impedidos de deixar os guetos. O alelo mutante aumentou de frequência, uma vez que a tuberculose abateu selectivamente aqueles que não a transportavam e os portadores tiveram filhos um com o outro. A deriva genética também pode ter ajudado a isolar o alelo Tay-Sachs, por acaso, em grupos de sobreviventes do Holocausto. Precisamente como os níveis reduzidos do produto genético, uma enzima chamada hexoseaminidase A, proteger contra a tuberculose não é conhecido.
fibrose quística
polimorfismo equilibrado pode explicar porque a fibrose quística é tão comum – o defeito anatómico que subjaz ao CF protege contra doenças diarreicas, como a cólera.As epidemias de cólera deixaram a sua marca nas populações humanas, causando uma morte generalizada em poucos dias. No verão de 1831, uma epidemia matou 10 por cento da população de St.Louis, e em 1991, uma epidemia varreu o Peru. A bactéria da cólera causa diarreia, que rapidamente desidrata o corpo e pode levar a choque e insuficiência renal e cardíaca. A bactéria produz uma toxina que abre canais de cloreto no intestino delgado. Como o sal (NaCl) deixa as células, a água segue, em uma tendência química natural para diluir o sal. A água a sair das células intestinais deixa o corpo como diarreia.
em 1989, quando os geneticistas identificaram o gene CF e descreveram o seu produto proteico como um regulador de um canal de cloreto em certas células secretoras, surgiu uma possível explicação para a prevalência do distúrbio hereditário. A cólera abre canais de cloreto, deixando cloreto e água deixar as células. A proteína CFTR faz exatamente o oposto, fechando canais de cloreto e prendendo sal e água nas células, que seca muco e outras secreções. Uma pessoa com CF não pode contrair cólera, porque a toxina não pode abrir os canais de cloreto no intestino delgado.
os portadores de CF desfrutam da bênção mista de um polimorfismo equilibrado. Eles não têm canais de cloreto anormais suficientes para causar a respiração laborada e pâncreas entupido de fibrose cística, mas eles têm o suficiente de um defeito para evitar que a cólera de tomar posse. Durante as devastadoras epidemias de cólera que apimentaram a história, os indivíduos que transportavam alelos mutantes tiveram uma vantagem seletiva, e eles transmitiram desproporcionalmente esses alelos às gerações futuras. No entanto, como CF surgiu na Europa Ocidental e cólera na África, talvez um aumento inicial na histerozigosidade CF foi uma resposta a uma infecção diarreica diferente.