på grund av naturligt urval är olika alleler mer benägna att ge en överlevnadsfördel i olika miljöer. Cykler av infektionssjukdom prevalens och virulens återspeglar ofta naturligt urval.
balanserad polymorfism
om naturligt urval eliminerar individer med skadliga fenotyper från en population, varför kvarstår skadliga mutanta alleler i en genpool? En sjukdom kan förbli utbredd när heterozygoter har någon annan fördel gentemot individer som har två kopior av vildtypsallelen. När bärare har fördelar som tillåter en skadlig allel att kvarstå i en befolkning, är balanserad polymorfism på jobbet. Denna form av polymorfism medför ofta heterozygositet för en ärftlig sjukdom som skyddar mot en infektionssjukdom. Exempel är fascinerande.
sicklecellsjukdom
sicklecellsjukdom är en autosomal recessiv sjukdom som orsakar anemi, ledsmärta, svullnad mjälte och frekventa, allvarliga infektioner. Det illustrerar balanserad polymorfism eftersom bärare är resistenta mot malaria, en infektion av parasiten Plasmodium falciparum som orsakar cykler av frossa och feber. Parasiten tillbringar den första etappen av sin livscykel i salivkörtlarna i myggan Anopheles gambiae. När en infekterad mygga biter en människa, kommer malariaparasiten in i de röda blodkropparna, som transporterar den till levern. De röda blodkropparna brister och släpper parasiten i hela kroppen.
1949 fann den brittiska genetikern Anthony Allison att frekvensen av sicklecellbärare i tropiskt Afrika var högre i regioner där malaria rasade året runt. Blodprov från barn på sjukhus med malaria fann att nästan alla var homozygota för den vilda typen av sicklecellallel. De få sicklecellbärarna bland dem hade de mildaste fallen av malaria. Var närvaron av malaria på något sätt att välja sicklecellallelen genom att fälla människor som inte ärvde den? Det faktum att sicklecellsjukdom är mycket mindre vanligt i USA, där malaria är sällsynt, stöder tanken att sicklecell heterozygositet ger en skyddande effekt.
ytterligare bevis på en sicklecellsbärares fördel i en malaria-ridd miljö är det faktum att ökningen av sicklecellsjukdom är parallell med odlingen av grödor som ger grogrund för Anopheles myggor. Omkring 1000 f.Kr. reste Malayo-polynesiska sjömän från Sydostasien i kanoter till Östafrika och förde nya grödor av bananer, yams, taros och kokosnötter. När djungeln rensades för att odla dessa grödor gav det öppna utrymmet grogrund för myggor. Insekterna erbjöd i sin tur en livsmiljö för en del av malariaparasitens livscykel.
sicklecellgenen kan ha förts till Afrika av människor som migrerar från södra Arabien och Indien, eller det kan ha uppstått genom mutation direkt i Östafrika. Men det hände, människor som ärvde en kopia av sicklecellallelen hade röda blodkroppsmembran som inte erkände parasiten. Bärare hade fler barn och passerade den skyddande allelen till ungefär hälften av dem. Gradvis steg frekvensen av sicklecellallelen i Östafrika från 0, 1 procent till en spektakulär 45 procent i trettiofem generationer. Bärare betalade priset för detta genetiska skydd, när två producerade ett barn med sicklecellsjukdom.
en cykel som i. Bosättningar med ett stort antal sicklecellbärare undkom försvagande malaria. De var därför starka nog att rensa ännu mer mark för att odla mat – och stödja de sjukdomsbärande myggorna. Än idag är sicklecellsjukdom vanligare i jordbrukssamhällen än bland människor som jagar och samlar maten.
glukos-6-Fosfatdehydrogenasbrist
G6PD-brist är en könsbunden enzymbrist som drabbar 400 miljoner människor över hela världen. Det orsakar livshotande hemolytisk anemi, där röda blodkroppar brister. Det utvecklas emellertid endast under specifika förhållanden – att äta fava bönor, andas in vissa typer av pollen, ta vissa droger eller få vissa infektioner. Studier på Afrikanska barn med svår malaria visar att heterozygota kvinnor och hemizygota män för G6PD-brist är underrepresenterade. Detta tyder på att arv av enzymbristgenen på något sätt skyddar mot malaria.
det faktum att G6PD-brist är könsbunden introducerar en möjlighet som vi inte ser med sicklecellsjukdom, som är autosomal recessiv. Eftersom både heterozygoter och hemizygoter väljs ut för, bör den mutanta allelen så småningom dominera i en malariaexponerad population. Detta händer dock inte-det finns fortfarande män som är hemizygota och kvinnor som är homozygota för vildtypens allel. Anledningen är återigen relaterad till naturligt urval. Människor med enzymbristen – hemizygota män och homozygota kvinnor – väljs ut ur befolkningen av anemi. Därför verkar naturligt urval i två riktningar på de hemizygota männen-väljer för den mutanta allelen eftersom den skyddar mot malarial infektion, men väljer mot det eftersom en enzymbrist. Detta är kärnan i balanserad polymorfism.
PKU
Fenylketnonuri är ett medfödd fel i ämnesomsättningen där ett saknat enzym får aminosyran fenylalanin att byggas upp, med förödande effekter på nervsystemet om inte individen följer en restriktiv diet. Bärare av detta autosomala recessiva tillstånd har förhöjda fenylalaninnivåer-nivåer som inte är tillräckligt höga för att orsaka symtom, men som är tillräckligt höga för att de kan ha en skyddande effekt under graviditeten. Läkare har observerat att kvinnor som är PKU-bärare har en mycket lägre-än kambodjagenomsnittlig förekomst av missfall. En teori är att överskott av fenylalanin på något sätt inaktiverar ett gift, kallat ochratoxin A, som vissa svampar producerar och som är känt för att orsaka spontan abort.
historien ger bevis för att länkar PKU heterozygositet till skydd mot ett svamptoxin. PKU är vanligast i Irland och västra Skottland, och många drabbade familjer som bor någon annanstans spårar sina rötter till denna del av världen. Om PKU-bärare mest sannolikt skulle få barn än icke-bärare på grund av PKU-genens skyddande effekter, skulle den sjukdomsframkallande allelen med tiden öka befolkningen.
Tay-Sachs sjukdom
bärande Tay-Sachs sjukdom kan skydda mot tuberkulos (TB). I Ashkenazim-populationer är upp till 11 procent av folket Tay-Sachs-bärare. Under andra världskriget sprang TB i östeuropeiska judiska bosättningar. Ofta kontaktade friska släktingar till barn med Tay-Sachs sjukdom inte TB, även när de upprepade gånger exponerades. Skyddet mot TB som Tay-Sachs sjukdom heterozygositet tydligen erbjöd förblev bland det judiska folket eftersom de hindrades från att lämna getton. Den mutanta allelen ökade i frekvens när TB selektivt avverkade de som inte bar den och bärarna hade barn med varandra. Genetisk drift kan också ha hjälpt till att isolera Tay-Sachs-allelen, av en slump, i grupper av överlevande från Förintelsen. Exakt hur sänkta nivåer av genprodukten, ett enzym som kallas hexoseaminidas A, skyddar mot TB är inte känt.
cystisk fibros
balanserad polymorfism kan förklara varför cystisk fibros är så vanligt – den anatomiska defekten som ligger till grund för CF skyddar mot diarrheal sjukdomar, såsom kolera.
koleraepidemier har satt sitt prägel på mänskliga populationer och orsakat utbredd död på bara några dagar. Sommaren 1831 dödade en epidemi 10 procent av befolkningen i St.Louis, och 1991 svepte en epidemi Peru. Kolera bakterier orsakar diarre, som snabbt dehydrerar kroppen och kan leda till chock och njure och hjärtsvikt. Bakterien producerar ett toxin som öppnar kloridkanaler i tunntarmen. När salt (NaCl) lämnar cellerna följer vatten i en naturlig kemisk tendens att späda saltet. Vatten rusar ut ur tarmceller lämnar kroppen som diarre.
1989, när genetiker identifierade CF-genen och beskrev dess proteinprodukt som en regulator för en kloridkanal i vissa sekretoriska celler, framkom en möjlig förklaring till förekomsten av den ärftliga störningen. Kolera öppnar kloridkanaler, låter klorid och vatten lämna celler. CFTR-proteinet gör det motsatta, stänger kloridkanaler och fångar salt och vatten i celler, vilket torkar ut slem och andra sekret. En person med CF kan inte få kolera, eftersom toxinet inte kan öppna kloridkanalerna i tunntarmen.
bärare av CF njuter av den blandade välsignelsen av en balanserad polymorfism. De har inte tillräckligt med onormala kloridkanaler för att orsaka ansträngd andning och täppt bukspottkörtel av cystisk fibros, men de har tillräckligt med en defekt för att förhindra att kolera tar tag. Under de förödande koleraepidemierna som har peppared historia, individer som bär mutanta CF-alleler hade en selektiv fördel, och de överförde oproportionerligt dessa alleler till kommande generationer. Dock, eftersom CF uppstod i Västeuropa och kolera i Afrika, kanske en initial ökning av CF herterozygosity var ett svar på en annan diarrheal infektion.