Πολλοί Ευρωπαίοι φέρουν γενετικές μεταλλάξεις που προστάτευαν τους προγόνους τους από τη βουβωνική πανώλη, ανέφεραν επιστήμονες την Τετάρτη στο περιοδικό Nature.

Όταν ο Μαύρος Θάνατος έπληξε την Ευρώπη το 1348, η βακτηριακή λοίμωξη σκότωσε μεγάλα τμήματα ανθρώπων σε όλη την ήπειρο, οδηγώντας τον ισχυρότερο παλμό της φυσικής επιλογής που έχει ακόμη μετρηθεί στους ανθρώπους, διαπίστωσε η νέα μελέτη.

Αποδεικνύεται ότι ορισμένες γενετικές παραλλαγές έκαναν τους ανθρώπους πολύ πιο πιθανό να επιβιώσουν από την πανώλη. Αλλά αυτή η προστασία είχε ένα τίμημα: Οι άνθρωποι που κληρονομούν τις μεταλλάξεις ανθεκτικές στην πανώλη διατρέχουν υψηλότερο κίνδυνο διαταραχών του ανοσοποιητικού συστήματος, όπως η νόσος του Crohn.

«Αυτές είναι οι ατυχείς παρενέργειες της μακροπρόθεσμης επιλογής για προστασία», δήλωσε ο Χέντρικ Πόιναρ, γενετιστής στο Πανεπιστήμιο McMaster στον Καναδά και συγγραφέας της νέας μελέτης.

Η βουβωνική πανώλη προκαλείται από το Yersinia pestis, ένα είδος βακτηρίων που μεταδίδεται από τους ψύλλους. Αν και η πανώλη μολύνει τους ανθρώπους για χιλιάδες χρόνια, έπληξε τη μεσαιωνική Ευρώπη με έντονη αγριότητα που οδήγησε τους επιστήμονες να αναρωτηθούν αν ο Μαύρος Θάνατος είχε αλλάξει τη γενετική σύνθεση της Ευρώπης.

«Θα περιμέναμε να δούμε μια σημαντική αλλαγή», είπε ο Poinar.

Η ιδέα έχει βασική εξελικτική λογική: Όταν πολλοί οργανισμοί πεθάνουν, οι επιζώντες θα μεταδώσουν μεταλλάξεις που τους προστάτευαν από το θάνατο. Κατά τη διάρκεια της Βιομηχανικής Επανάστασης, για παράδειγμα, οι πιπερωτοί σκώροι άλλαξαν από ανοιχτόχρωμο χρώμα σε σκούρο. Αυτή η αλλαγή οδηγήθηκε από τον καπνό του άνθρακα που μαύρισε τα δέντρα όπου ξεκουράζονταν οι σκώροι. Οι σκοτεινοί σκώροι μπορούσαν να κρυφτούν καλύτερα από τα πουλιά και επιβίωσαν για να μεταδώσουν τα γονίδιά τους.

Όταν χτύπησε ο Μαύρος Θάνατος, δεν υπήρχαν εξελικτικοί βιολόγοι για να τεκμηριώσουν την επίδρασή του. Στη δεκαετία του 1990, ορισμένοι επιστήμονες έψαξαν για ενδείξεις μελετώντας το DNA ζωντανών Ευρωπαίων. Μια μετάλλαξη σε ένα γονίδιο, που ονομάζεται CCR5, υπάρχει στο 10% των Ευρωπαίων αλλά σπάνια μεταξύ άλλων ανθρώπων. Το 1998, οι ερευνητές πρότειναν ότι το γονίδιο μπορεί να προσέφερε προστασία κατά τη διάρκεια του Μαύρου Θανάτου.

Αλλά μεταγενέστερη έρευνα έδειξε ότι ήταν αδύνατο να αποκλειστεί ότι η μετάλλαξη CCR5 εξαπλώθηκε ως απόκριση σε άλλη ασθένεια σε άλλη περίοδο της ιστορίας. «Είναι κάτι για το οποίο πολλοί άνθρωποι μιλούν, αλλά είναι πολύ δύσκολο να αποδειχθεί», δήλωσε ο Luis Barreiro, πληθυσμιακός γενετιστής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και συγγραφέας της νέας μελέτης.

Αντί να μελετήσουν ζωντανούς ανθρώπους, οι Barreiro, Poinar και οι συνεργάτες τους εξέτασαν το DNA ανθρώπων που έζησαν πριν από αιώνες, εξάγοντας γενετικό υλικό από ανθρώπινα λείψανα που ήταν θαμμένα σε τρία νεκροταφεία του Λονδίνου. Βρήκαν θραύσματα DNA σε 318 σκελετούς που είχαν ζήσει μεταξύ 1000 και 1500. Τα υπολείμματα περιλάμβαναν 42 θύματα του Μαύρου Θανάτου.

Συγκρίνοντας τα οστά πριν και μετά το χτύπημα της πανώλης, οι επιστήμονες βρήκαν μια εντυπωσιακή διαφορά στο DNA: εκατοντάδες μεταλλάξεις σε γονίδια που εμπλέκονται στην ανοσία έγιναν πιο συχνές μετά την επιδημία.

Αυτή η μετατόπιση δεν ήταν από μόνη της απόδειξη ότι οι μεταλλάξεις προσέφεραν κάποιο εξελικτικό πλεονέκτημα. Οι βιολόγοι γνωρίζουν από καιρό ότι οι μεταλλάξεις μπορούν να γίνουν πιο κοινές σε έναν πληθυσμό χάρη στις ιδιοτροπίες της ιστορίας – μια διαδικασία που ονομάζεται γενετική μετατόπιση.

Μπορεί να είναι δύσκολο να προσδιοριστεί εάν μια κοινή μετάλλαξη οφείλεται σε γενετική μετατόπιση ή φυσική επιλογή. Ένας τρόπος για να πούμε τη διαφορά είναι η ταχύτητα: Κάτω από ακραίες συνθήκες, η φυσική επιλογή μπορεί να κάνει μια μετάλλαξη να εξαπλωθεί πολύ πιο γρήγορα από ό,τι η γενετική μετατόπιση.

Για να συγκρίνουν τη φυσική επιλογή και τη γενετική μετατόπιση, ο Μπαρέιρο και οι συνεργάτες του επέστρεψαν στο DNA των Λονδρέζων για μια άλλη ματιά. Εκμεταλλεύτηκαν το γεγονός ότι μεγάλα τμήματα του DNA μας δεν περιέχουν λειτουργικά γονίδια. Οι μεταλλάξεις που χτυπούν αυτές τις διατάσεις είναι απίθανο να προκαλέσουν καμία βλάβη. Είναι επίσης απίθανο να φέρουν κανένα όφελος. Εξαπλώνονται μόνο χάρη στη γενετική μετατόπιση.

Ο Barreiro και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι μερικές από αυτές τις ουδέτερες μεταλλάξεις έγιναν πιο κοινές μετά τον Μαύρο Θάνατο. Αλλά 35 από τις μεταλλάξεις στα γονίδια του ανοσοποιητικού εξαπλώθηκαν πολύ πιο γρήγορα από τις ουδέτερες – τόσο γρήγορα που μόνο η φυσική επιλογή θα μπορούσε να ευθύνεται για την επιτυχία τους.

Για άλλη μια δοκιμή, οι επιστήμονες επανέλαβαν το πείραμά τους, αυτή τη φορά στη Δανία.

Βρήκαν DNA στους σκελετούς 198 Δανών που έζησαν μεταξύ 850 και 1800. Οι μεταλλάξεις στα γονίδια του ανοσοποιητικού συστήματος εξαπλώθηκαν επίσης γρήγορα στη Δανία μετά τον Μαύρο Θάνατο, ανακάλυψαν. Όταν οι επιστήμονες παρέταξαν τις μεταλλάξεις από τα δείγματα του Λονδίνου και της Δανίας, βρήκαν τέσσερις που είχαν εξαπλωθεί και στους δύο πληθυσμούς. Αυτές οι τέσσερις μεταλλάξεις εξαπλώθηκαν τόσο γρήγορα στο Λονδίνο και τη Δανία που πρέπει να παρείχαν μια εντυπωσιακή προστασία κατά της πανώλης.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μεταφορά δύο προστατευτικών εκδόσεων ενός γονιδίου που ονομάζεται ERAP2, για παράδειγμα, έκανε τους ανθρώπους 40% πιθανότερο να επιβιώσουν από τον Μαύρο Θάνατο – το μεγαλύτερο εξελικτικό πλεονέκτημα που έχει βρεθεί ποτέ στους ανθρώπους, είπε ο Barreiro.

«Είναι πραγματικά σοκαριστικό», είπε ο David Enard, ένας εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα που δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη.

Ο Enard είπε ότι η μελέτη ήταν ιδιαίτερα συναρπαστική χάρη στον τρόπο που οι επιστήμονες απέκλεισαν τη γενετική μετατόπιση. «Αυτό που πραγματικά δίνει τη δύναμή της σε αυτή τη μελέτη έχει να κάνει με όλη αυτή την προσέγγιση του σχεδιασμού προσεκτικών συγκρίσεων», είπε.

Το ERAP2 παράγει μια πρωτεΐνη που εμπλέκεται στην ανοσολογική απόκριση στα εισβάλλοντα βακτήρια και ιούς. Όταν ένα κύτταρο του ανοσοποιητικού καταπίνει ένα παθογόνο, παρουσιάζει πρωτεΐνες από τον εισβολέα στην επιφάνειά του. Λειτουργούν ως συναγερμός για το υπόλοιπο ανοσοποιητικό σύστημα. Η δουλειά του ERAP2 είναι να αποκόψει κομμάτια από τις ξένες πρωτεΐνες για να τις προετοιμάσει για την εμφάνισή τους.

Δισεκατομμύρια άνθρωποι έχουν μια έκδοση του γονιδίου ERAP2 με μια μετάλλαξη που καθιστά αδύνατο τα κύτταρα να παράγουν την πρωτεΐνη του. Αλλά τα άτομα με αυτήν την εκδοχή του γονιδίου δεν υφίστανται μεγάλη βλάβη. Αυτό είναι πολύ πιθανό επειδή οι άνθρωποι έχουν πολλά άλλα γονίδια που βοηθούν στην παρουσίαση ξένων πρωτεϊνών στο ανοσοποιητικό σύστημα.

Κατά τη διάρκεια του Μαύρου Θανάτου, ο Barreiro και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι η φυσική επιλογή ευνόησε την λειτουργική έκδοση του ERAP2. Για να κατανοήσουν καλύτερα το γιατί, ανέμιξαν τα βακτήρια Yersinia με κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος από άτομα και με τις δύο εκδοχές του γονιδίου.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι δύο αντίγραφα εργασίας του ERAP2 επέτρεψαν στα κύτταρα του ανοσοποιητικού να εξαφανίσουν τα βακτήρια. Χωρίς αυτό, τα κύτταρα έκαναν πολύ χειρότερη δουλειά.

Αλλά αυτή η έκδοση του γονιδίου αυξάνει επίσης τον κίνδυνο της νόσου του Crohn, μιας διαταραχής κατά την οποία το ανοσοποιητικό σύστημα επιτίθεται σε φιλικά βακτήρια στο έντερο και προκαλεί καταστροφική φλεγμονή. Ο Barreiro είπε ότι είναι πιθανό το ERAP2 να είναι πολύ καλό στη δουλειά του, κρούοντας τον κώδωνα του κινδύνου ενάντια σε φίλους και εχθρούς. Οι άλλες μεταλλάξεις που εντόπισαν ο ίδιος και οι συνάδελφοί του από το αρχαίο DNA έχουν επίσης συνδεθεί με διαταραχές του ανοσοποιητικού συστήματος.

Ο Barreiro και οι συνεργάτες του συνεχίζουν να μελετούν τα γονίδια που ευνόησε η εξέλιξη κατά τη διάρκεια του Μαύρου Θανάτου, όχι μόνο για να κατανοήσουν αυτό το κεφάλαιο στην ιστορία, αλλά και για να κατανοήσουν τα ίδια τα γονίδια. Το γεγονός ότι υποβλήθηκαν σε τόσο ισχυρή φυσική επιλογή σημαίνει πιθανότατα ότι είναι σημαντικοί για την καταπολέμηση των ασθενειών – και ίσως όχι μόνο της πανώλης.

«Ήταν σημαντικό στο παρελθόν, και πιθανότατα θα είναι σημαντικό σήμερα», είπε ο Μπαρέιρο.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στους New York Times.

Από news