Жители на Андите се нуждаят от по-малко кислород заради генна мутация

Екип от генетици под ръководството на доц. Тейтъм Саймънсън от Центъра за физиологична геномика при ниско съдържание на кислород към Медицинския факултет на Калифорнийския университет в Сан Диего, САЩ, разкрива, че вариант на гена EPAS1 при някои хора от Андите е свързан с намален брой червени кръвни телца. И точно това им позволява да живеят безопасно високо в планините, където съдържанието на кислород е ниско.

Проучването

В настоящото изследване доц. Саймънсън и екипът й съсредоточават усилията си върху мутация в гена EPAS1, която присъства при някои хора, които живеят в Андите, но отсъства във всички останали човешки популации.

Учените изучават структурата на генома на индианците кечуа, които обитават най-високите райони на Андите. Те, както и жителите на Тибет, притежават уникален набор от характеристики при функционирането на тялото, който им помага да живеят на места с постоянно разреден планински въздух и при ниски температури.

Задачата на генетиците е да разкрият генетичните корени и историята на тези уникални черти на южноамериканските планинци като дешифрират и изучат подробно структурата на геномите на 40 индианци кечуа.

Така екипът идентифицира непозната до момента мутация на гена EPAS1. Тя се среща при един от 10 индианци, но липсва при всички останали хора.

Експериментите в клетъчни култури, които изследователите извършват, показват, че тази вариация на гена EPAS1 предизвиква не само по-малък брой червени кръвни телца, но и други промени в жизнената активност, които помага на човек да понася постоянно ниските нива на кислород във въздуха.

Като сканират цели геноми, доц. Тейтъм Саймънсън и колегите й откриват модел, който предполага, че промяната само на една аминокиселина в протеиновия продукт е настъпила случайно и при това сравнително скоро - отпреди 9000 до 13 000 години. В същото време тя се разпространява много бързо при стотици поколения сред населението на Андите.

>>>ДНК на древния вирус Mushuvirus mushu е почти без промяна въпреки еволюцията от 1300 години

Следващата стъпка на учените е да изследват популации в Калифорния (Сан Диего и Ел Сентро) и в Мексико ( Тихуана и Енсенада). Задачата е да разберат дали откритията, направени от тях в Андите, се срещат и сред местните латиноамериканци и те имат същите генетични варианти. За целта те отвеждат техни представители на голяма надморска височина и записват дишането им когато са будни и по време на сън.

„В персонализираната медицина е важно да се разпознават вариациите в генетичния произход, особено в популации, които исторически са недостатъчно проучени. Ако можем да открием някои споделени генетични фактори, когато популациите са в екстремна среда, това ще помогне да разберем аспектите на здравето и болестите в тази група“, казва доц. Саймънсън, която е и специалист по респираторна физиология, белодробни реанимационни грижи и физиология на съня.

Вариантът на гена EPAS1 в Тибет

Предишните изследвания на доц. Саймънсън са посветени на живеещите в Тибет и показват, че много от тибетците, които битуват в условия на ниски нива на кислород, се раждат с вродени механизми затова. И точно те ги предпазват от голямата надморска височина от една страна, а от друга от свръхпроизводството на червени кръвни телца. Това се дължи на промени в регулацията на гена EPAS1, който понижава концентрацията на хемоглобина като регулира пътя.

Съвременните тибетци получават това генетично предимство от своите предци, които се смесват с хора, живели в Азия преди десетки хиляди години. Става дума за уникална еволюционна история, ограничена само до тези популации.

Генът EPAS1 и при тибетците, и при индианците кечуа е свързан с по-ниския брой червени кръвни телца. В същото време обаче изследователите откриват, че при кечуа вариантът работи напълно различно от тибетската версия на гена. Вместо да регулира нивата, вариантът от Андите променя генетичния състав на протеина и така коригира ДНК във всяка една от клетките.

>>>3D принтирането на персонализирани лекарства ще е възможно по-скоро, отколкото се предполагаше досега

„Като цяло жителите на Тибет имат средно по-ниска концентрация на хемоглобин и физиологията им се справя с ниските нива на кислород по начин, който не води до драстично повишаване на червените кръвни телца. Сега имаме първите доказателства, че жителите на Андите вървят по същия път, със същия ген, но с промяна в кодирането на протеина. Очевидно еволюцията е работила в тези две популации при това върху един и същи ген, само че по различни начини“, казва доц. Саймънсън.

Резултати

Настоящото изследване, резултатите от което са публикувани в Science Advances, има за цел да тласне проучванията напред и към използването на цялостни персонализирани медицински подходи.

Откритията са начин учените да разберат дала в основата на това някои от страдащите от сънна апнея или белодробни заболявания като хроничната обструктивна белодробна болест (ХОББ) да се справят по-добре от други, стои генетичен фактор.

Както пояснява и д-р Саймънсън, има хора с ХОББ, които дишат много и поддържат по-висока кислородна сатурация, докато други със същото заболяване не дишат толкова много и насищането им с кислород е ниско. Изследователите подозират, че в основата са генетични различия на варианта. И настоящото изследване може да подобри персонализираната медицина за подобни заболявания.

Изследването е пример за подход в изследванията, който свързва генетичните цели на естествения подбор със сложни болестни гени. Например, учените разбират как естествените генетични вариации допринасят за адаптивни, но и неадаптивни реакции към ниски нива на кислород.

Така става ясно кои целеви гени надолу по веригата се включват в отговор на ниските нива на кислород.

„Показваме един ген, който е свързан с един конкретен фенотип. Смятаме обаче, че има много различни гени и компоненти на кислородния транспорт. Това е само едно парче от този пъзел и може да предостави информация, подходяща и за други популации“, подчертава доц. Тейтъм Саймънсън, която е категорична, че човешката еволюция може да бъде използвана, за да се усъвършенства персонализираната (медицински модел, който използва генетичния профил на човек) медицина.