datorită selecției naturale, alelele diferite sunt mai susceptibile de a conferi un avantaj de supraviețuire în medii diferite. Ciclurile prevalenței și virulenței bolilor infecțioase reflectă adesea selecția naturală.
polimorfism echilibrat
dacă selecția naturală elimină indivizii cu fenotipuri dăunătoare dintr-o populație, atunci de ce persistă alelele mutante dăunătoare într-un bazin genetic? O boală poate rămâne predominantă atunci când heterozigoții au un alt avantaj față de indivizii care au două copii ale alelei de tip sălbatic. Atunci când transportatorii au avantaje care permit o alelă dăunătoare să persiste într-o populație, polimorfismul echilibrat funcționează. Această formă de polimorfism implică adesea heterozigozitate pentru o boală moștenită care protejează împotriva unei boli infecțioase. Exemplele sunt fascinante.
boala celulelor secera
boala celulelor secera este o tulburare autosomală recesivă care provoacă anemie, dureri articulare, splină umflată și infecții frecvente și severe. Ilustrează polimorfismul echilibrat, deoarece purtătorii sunt rezistenți la malarie, o infecție a parazitului Plasmodium falciparum care provoacă cicluri de frisoane și febră. Parazitul petrece prima etapă a ciclului său de viață în glandele salivare ale țânțarului Anopheles gambiae. Când un țânțar infectat mușcă un om, parazitul malariei intră în celulele roșii din sânge, care îl transportă în ficat. Celulele roșii din sânge izbucnesc, eliberând parazitul în tot corpul.
în 1949, geneticianul britanic Anthony Allison a descoperit că frecvența purtătorilor de celule secera în Africa tropicală a fost mai mare în regiunile în care malaria a izbucnit pe tot parcursul anului. Testele de sânge de la copiii spitalizați cu malarie au descoperit că aproape toți erau homozigoți pentru tipul sălbatic de alelă cu celule secera. Cei câțiva purtători de celule secera dintre ei au avut cele mai ușoare cazuri de malarie. Prezența malariei a fost cumva selectată pentru alela celulelor secera prin tăierea oamenilor care nu au moștenit-o? Faptul că boala celulelor secera este mult mai puțin frecventă în Statele Unite, unde malaria este rară, susține ideea că heterozigozitatea celulelor secera oferă un efect protector.
o dovadă suplimentară a avantajului unui purtător de celule secera într-un mediu afectat de malarie este faptul că creșterea bolii celulelor secera este paralelă cu cultivarea culturilor care oferă terenuri de reproducere pentru țânțarii Anopheles. În jurul anului 1.000 î.hr., marinarii Malayo-polinezieni din Asia de sud-est au călătorit în canoe în Africa de Est, aducând noi culturi de banane, igname, taros și nuci de cocos. Când jungla a fost curățată pentru a crește aceste culturi, spațiul deschis a oferit teren de reproducere pentru țânțari. Insectele, la rândul lor, au oferit un habitat pentru o parte din ciclul de viață al parazitului malariei.
este posibil ca gena celulelor secera să fi fost adusă în Africa de către persoanele care migrează din sudul Arabiei și India sau poate să fi apărut prin mutație direct în Africa de Est. Cu toate acestea s-a întâmplat, persoanele care au moștenit o copie a alelei celulelor secera aveau membrane de celule roșii din sânge care nu admiteau parazitul. Transportatorii au avut mai mulți copii și au trecut alela protectoare la aproximativ jumătate dintre ei. Treptat, frecvența alelei de celule secera din Africa de Est a crescut de la 0,1 la sută la un spectaculos 45 la sută în treizeci și cinci de generații. Transportatorii au plătit prețul pentru această protecție genetică, ori de câte ori doi au produs un copil cu boală de celule secera.
un ciclu setat în. Așezările cu un număr mare de purtători de celule secera au scăpat de malaria debilitantă. Prin urmare, au fost suficient de puternici pentru a curăța și mai mult teren pentru a cultiva alimente – și pentru a susține țânțarii purtători de boli. Chiar și astăzi, boala celulelor secera este mai răspândită în societățile agricole decât în rândul persoanelor care își vânează și își adună hrana.
deficitul de glucoză-6-fosfat dehidrogenază
deficitul de G6PD este un deficit enzimatic legat de sex care afectează 400 de milioane de oameni din întreaga lume. Aceasta provoacă anemie hemolitică care pune viața în pericol, în care celulele roșii din sânge izbucnesc. Cu toate acestea, se dezvoltă numai în condiții specifice – consumul de fasole fava, inhalarea anumitor tipuri de polen, administrarea anumitor medicamente sau contractarea anumitor infecții. Studiile asupra copiilor africani cu malarie severă arată că femelele heterozigote și bărbații hemizigoți pentru deficiența de G6PD sunt subreprezentate. Acest lucru sugerează că moștenirea genei deficienței enzimei protejează cumva împotriva malariei.
faptul că deficitul de G6PD este legat de sex introduce o posibilitate pe care nu o vedem cu boala celulelor secera, care este autosomală recesivă. Deoarece atât heterozigoții, cât și hemizigoții sunt selectați pentru, alela mutantă ar trebui să predomine în cele din urmă într-o populație expusă la malarie. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă – există încă masculi hemizigoți și femele homozigote pentru alela de tip sălbatic. Motivul se referă din nou la selecția naturală. Persoanele cu deficit de enzime-bărbați hemizigoți și femele homozigote-sunt selectate din populație de anemie. Prin urmare, selecția naturală acționează în două direcții asupra masculilor hemizigoți – selectând pentru alela mutantă deoarece protejează împotriva infecției malarice, dar selectând împotriva acesteia din cauza unei deficiențe enzimatice. Aceasta este esența polimorfismului echilibrat.
PKU
Fenilcetnonuria este o eroare înnăscută a metabolismului în care o enzimă lipsă determină acumularea aminoacidului fenilalanină, cu efecte devastatoare asupra sistemului nervos, cu excepția cazului în care individul urmează o dietă restrictivă. Purtătorii acestei afecțiuni autosomale recesive au niveluri ridicate de fenilalanină-niveluri care nu sunt suficient de mari pentru a provoca simptome, dar care sunt suficient de mari încât să poată avea un efect protector în timpul sarcinii. Medicii au observat că femeile care sunt purtători de PKU au o incidență mult mai mică decât cea a avortului spontan. O teorie este că excesul de fenilalanină inactivează cumva o otravă, numită ochratoxină A, pe care anumite ciuperci o produc și despre care se știe că provoacă avort spontan.
istoria oferă dovezi care leagă HETEROZIGOZITATEA PKU de protecția împotriva unei toxine fungice. PKU este cel mai frecvent în Irlanda și Scoția de Vest, iar multe familii afectate care trăiesc în altă parte își urmăresc rădăcinile în această parte a lumii. Dacă purtătorii de PKU ar fi cel mai probabil să aibă copii decât non-purtători din cauza efectelor protectoare ale genei PKU, în timp, alela cauzatoare de boli ar crește populația.
boala Tay-Sachs
purtătoare a bolii Tay-Sachs poate proteja împotriva tuberculozei (TB). În populațiile Ashkenazim, până la 11% dintre oameni sunt purtători Tay-Sachs. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, TB a crescut în așezările evreiești din Europa de Est. Adesea, rudele sănătoase ale copiilor cu boala Tay-Sachs nu au contactat TB, chiar și atunci când au fost expuse în mod repetat. Protecția împotriva tuberculozei pe care se pare că o oferea heterozigozitatea bolii Tay-Sachs a rămas în rândul poporului evreu, deoarece aceștia au fost împiedicați să părăsească ghetourile. Alela mutantă a crescut în frecvență pe măsură ce TB i-a doborât selectiv pe cei care nu o purtau, iar purtătorii aveau copii între ei. Deriva genetică ar fi putut, de asemenea, să ajute la izolarea alelei Tay-Sachs, din întâmplare, în grupuri de supraviețuitori ai Holocaustului. Nu se cunoaște exact modul în care nivelurile scăzute ale produsului genetic, o enzimă numită hexoseaminidază A, protejează împotriva tuberculozei.
fibroza chistică
polimorfismul echilibrat poate explica de ce fibroza chistică este atât de frecventă – defectul anatomic care stă la baza CF protejează împotriva bolilor diareice, cum ar fi holera.
epidemiile de holeră și-au lăsat amprenta asupra populațiilor umane, provocând moartea pe scară largă în doar câteva zile. În vara anului 1831, o epidemie a ucis 10% din populația din St.Louis, iar în 1991, o epidemie a măturat Peru. Bacteriile de holeră provoacă diaree, care deshidratează rapid organismul și poate duce la șoc și insuficiență renală și cardiacă. Bacteria produce o toxină care deschide canalele de clorură în intestinul subțire. Pe măsură ce sarea (NaCl) părăsește celulele, apa urmează, într-o tendință chimică naturală de a dilua sarea. Apa care iese din celulele intestinale părăsește corpul ca diaree.
în 1989, când geneticienii au identificat gena CF și au descris produsul proteic ca un regulator al unui canal de clorură în anumite celule secretoare, a apărut o posibilă explicație pentru prevalența tulburării moștenite. Holera deschide canalele de clorură, lăsând clorura și apa să părăsească celulele. Proteina CFTR face exact opusul, închizând canalele de clorură și prinzând sarea și apa în celule, care usucă mucusul și alte secreții. O persoană cu CF nu poate contracta holera, deoarece toxina nu poate deschide canalele de clorură din intestinul subțire.
purtătorii CF se bucură de binecuvântarea mixtă a unui polimorfism echilibrat. Nu au suficiente canale anormale de clor pentru a provoca respirația muncită și pancreasul înfundat al fibrozei chistice, dar au suficient defect pentru a preveni holera să se prindă. În timpul epidemiilor devastatoare de holeră care au afectat istoria, indivizii care purtau alele CF mutante au avut un avantaj selectiv și au transmis în mod disproporționat aceste alele generațiilor viitoare. Cu toate acestea, deoarece CF a apărut în Europa de Vest și holera în Africa, poate o creștere inițială a HERTEROZIGOZITĂȚII CF a fost un răspuns la o altă infecție diareică.