Datele Taiwan Biobank evidențiază selecția naturală continuă în rândul oamenilor contemporani
De mai bine de un secol, cercetătorii încearcă să reconstituie evoluția umană folosind diverse dovezi, inclusiv fosile, variația genetică între populații și ADN-ul antic.
Un nou studiu a analizat datele genotipice provenite de la peste 72.000 de participanți Han taiwanezi din Taiwan Biobank, comparând frecvențele alelicelor între diferite grupuri de vârstă adultă. Această abordare analitică a permis identificarea semnăturilor genice ale selecției naturale în curs și descoperirea variantelor genetice asociate cu boli care altfel ar fi putut rămâne nedetectate.
Publicat în The American Journal of Human Genetics, studiul demonstrează că biobăncile mari pot funcționa nu doar ca instrumente pentru medicina de precizie, ci și ca platforme pentru examinarea evoluției umane contemporane. Cercetătorii sugerează că acest cadru ar putea fi utilizat la nivel global, oferind noi oportunități de identificare a variantelor genetice relevante medical în diverse populații.
Unul dintre cele mai interesante aspecte ale acestui studiu a fost observarea modului în care traiectoriile frecvențelor alelice stratificate pe vârstă pot revela selecția naturală în curs într-o populație contemporană. Această abordare completează metodele existente și ajută la descoperirea variantelor asociate cu boli care ar putea rămâne nedetectate.
„Biobăncile sunt, de obicei, considerate resurse pentru studiul bolilor”, a afirmat Dr. Wen-Ya Ko. „Studiul nostru demonstrează că aceste resurse pot ajuta și la descoperirea modului în care selecția naturală continuă să influențeze variația genetică legată de boli. Aceasta creează noi oportunități de integrare a biologiei evoluționiste cu medicina de precizie.”
Cercetătorii au examinat 509.817 variante genice la 72.635 de indivizi Han taiwanezi cu vârste cuprinse între 24 și 70 de ani. În loc să se concentreze pe genele legate de boli specifice, ei au investigat dacă anumite variante moștenite au crescut sau scăzut constant în frecvență în diferite grupe de vârstă adultă.
Analiza lor a relevat 168 de variante care deviază de la așteptările neutre, dintre care 159 prezintă semne de selecție purificatoare, un proces evolutiv care elimină treptat variantele genetice dăunătoare. Aproape 90% dintre aceste variante erau extrem de rare, ceea ce indică faptul că abordarea poate detecta semnalele evolutive pe care scanările anterioare, axate în principal pe variante comune, le-ar putea rata.
Multe dintre aceste variante rare au fost anterior legate de tulburări ereditare. 71 sunt clasificate ca fiind patogene sau cel puțin probabile în ClinVar, iar multe altele sunt asociate cu cancer, afecțiuni neurologice, probleme cardiovasculare, boli renale și alte probleme grave de sănătate. Identificarea acestor variante relevante medical sugerează că analizele evolutive pot fi valoroase pentru prioritizarea mutațiilor care cauzează boli pentru cercetările viitoare.
Una dintre cele mai notabile descoperiri a fost un model evolutiv neașteptat legat de BRCA1, un gen bine cunoscut pentru susceptibilitatea la cancer. Cercetătorii au identificat un haplotip rar BRCA1 purtând 16 variante care alterează proteinele, dintre care 15 sunt deja clasificate ca fiind patogene. Acest haplotip pare să fie sub selecție purificatoare, devenind treptat mai puțin comun în populație.
Interesant este că regiunile din apropierea BRCA1, precum și BRCA2 și MLH1, au indicat dovezi de selecție pozitivă. Aceasta sugerează că diferite variante din aceleași gene de reparare a ADN-ului au experimentat forme distincte de selecție naturală de-a lungul timpului evolutiv. Rezultatele subliniază interacțiunea complexă dintre variantele genetice care cresc riscul de boală și cele care ar fi putut oferi avantaje în medii anterioare.
„Evoluția acționează rar asupra genelor într-o manieră simplă”, a declarat Prof. Yoko Satta. „O variantă care crește riscul de boală acum ar fi putut fi benefică într-un alt context ambiental anterior. Înțelegerea acestor compromisuri evolutive îmbunătățește interpretarea variantelor legate de boli în populațiile actuale.”
Studiul a descoperit, de asemenea, dovezi că selecția naturală ar putea favoriza genele care influențează multiple aspecte ale biologiei umane. Două gene, ATG9A și FADS2, au demonstrat o pleiotropie semnificativă, ceea ce înseamnă că o singură genă influențează numeroase trăsături aparent necorespunzătoare. Variantele din aceste gene au fost legate de caracteristici ale celulelor sanguine, funcții ale ficatului și rinichilor, metabolismul lipidic, trăsături legate de diabet, metrici cardiovasculare și densitatea osoasă.
Această influență biologică extinsă poate explica de ce aceste regiuni sunt influențate frecvent de selecția naturală; modificarea unei gene poate afecta simultan multe sisteme fiziologice. Această descoperire sugerează că cercetările evolutive pot ajuta la identificarea genelor care joacă un rol central în biologia umană, făcându-le ținte promițătoare pentru viitoarele studii funcționale și clinice.
Deși variantele candidate sunt răspândite pe întregul genom și apar în gene cu funcții biologice diverse, multe dintre ele converg către un model fiziologic comun. Aproximativ 150 de variante se asociază constant cu trăsăturile celulelor roșii din sânge, în special cu volumul mediu corpuscular crescut și concentrația medie de hemoglobină redusă. Cercetătorii propun că acest model ar putea fi datorat adaptării istorice la boli infecțioase precum malaria, care a fost odată răspândită în Taiwan. Deși sunt necesare cercetări suplimentare pentru a confirma mecanismul exact, această descoperire subliniază modul în care presiunile evolutive pot modela trăsături fiziologice similare prin variația genetică în multiple gene, mai degrabă decât prin afectarea variantelor unice în izolare.
Pe lângă descoperirile individuale, cercetătorii consideră că cel mai mare impact constă în evidențierea unui nou cadru analitic adaptabil altor seturi de date genotipice de mari dimensiuni. Cele mai multe dintre seturile de date de referință genotipice existente sunt distorsionate în favoarea populațiilor de origine europeană. Aplicarea acestui cadru pe una dintre cele mai mari cohorturi Han taiwaneze din lume demonstrează cum istoriile evolutive specifice populației pot descoperi variante medical semnificative care ar putea altfel rămâne neobservate. Pe măsură ce tot mai multe națiuni dezvoltă biobănci naționale, această abordare ar putea fi extinsă la nivel global pentru a înțelege mai bine influența continuă a evoluției asupra sănătății umane în diverse populații.
„Evoluția umană nu a încetat acum mii de ani”, au afirmat cercetătorii. „Populațiile actuale poartă încă amprentele sale genetice. Combinarea biobancilor mari cu analizele genomice avansate oferă o nouă metodă puternică pentru a explora modul în care evoluția continuă să modeleze sănătatea, boala și diversitatea umană.”
