Ludzie wciąż ewoluują, a dr Tatum Simonson, założycielka i współdyrektor Centrum Fizjologicznej Genomiki Niskiego Tlenu na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Kalifornijskiego, planuje wykorzystać ewolucję do poprawy opieki zdrowotnej dla wszystkich.

Jej najnowsze badania, które ukazały się 9 lutego 2024 r. w Postęp naukiujawnia, że ​​wariant genu u niektórych mieszkańców Andów jest powiązany ze zmniejszoną liczbą czerwonych krwinek na dużych wysokościach, umożliwiając im bezpieczne życie wysoko w górach w warunkach niskiego poziomu tlenu. Laboratorium Simonsona na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego wykorzystuje te odkrycia do zrozumienia, czy może istnieć czynnik genetyczny powodujący, że niektóre osoby cierpiące na bezdech senny lub choroby płuc, takie jak przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), radzą sobie lepiej niż inne.

Simonson wyjaśnił: „Są osoby chore na POChP, które dużo oddychają i utrzymują wyższe nasycenie tlenem. Inne osoby cierpiące na tę samą chorobę nie oddychają tak dużo, a ich nasycenie tlenem jest niskie. Naukowcy podejrzewają, że u podstaw tej zmienności mogą leżeć różnice genetyczne, podobne do zmienności, którą znajdujemy w szlakach ważnych dla wykrywania tlenu i reakcji leżących u podstaw doboru naturalnego na dużych wysokościach.”

Nasze komórki potrzebują tlenu, aby przetrwać. Kiedy w środowisku nie ma wystarczającej ilości, nasze ciała wytwarzają dodatkowe czerwone krwinki, które transportują tlen po całym organizmie. Jednakże zbyt duża liczba czerwonych krwinek powoduje niebezpieczny stan zwany nadmierną erytrocytozą (EE), który powoduje, że krew staje się lepka, co może prowadzić do udaru lub niewydolności serca.

Jej poprzednie badania wykazały, że wielu Tybetańczyków zamieszkujących góry, narażonych na niedobory tlenu, rodzi się z wrodzonymi mechanizmami, które chronią ich przed niekorzystnymi skutkami przebywania na dużych wysokościach, w tym nadprodukcją czerwonych krwinek. Częściowo wynika to ze zmian w przepisach dot EPAS1 gen, który obniża stężenie hemoglobiny poprzez regulację szlaku reagującego na zmianę poziomu tlenu. Postęp w genetyce pokazał, że współcześni Tybetańczycy otrzymali tę przewagę genetyczną od swoich przodków, którzy dziesiątki tysięcy lat temu zmieszali się z archaicznymi ludźmi żyjącymi w Azji – jest to wyjątkowa historia ewolucyjna ograniczona do tej populacji.

W ramach swoich najnowszych badań dr Simonson, która jest także kierownikiem katedry fizjologii układu oddechowego im. Johna B. Westa i profesorem nadzwyczajnym na oddziale chorób płuc, intensywnej terapii, medycyny snu i fizjologii w Szkole Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, przybliżyła zdjęcie EPAS1 regionu genomu. Ona i jej zespół skupili się na mutacji w genie, który występuje u niektórych ludzi żyjących w Andach, ale nie występuje we wszystkich innych populacjach ludzkich. Skanując całe genomy andyjskie, odkryli wzór otaczający ten wariant sugerujący, że zmiana genetyczna, która zmienia tylko jeden aminokwas w produkcie białkowym, nastąpiła przypadkowo, stosunkowo niedawno (od 9 000 do 13 000 lat temu) i rozprzestrzeniła się bardzo szybko. szybko przez setki pokoleń populacji andyjskiej.

Podobnie jak Tybetańczycy, EPAS1 gen jest powiązany z niższą liczbą czerwonych krwinek u Andyjczyków, którzy go posiadają. Jednak badaczy ze zdziwieniem odkryło, że wariant ten działa zupełnie inaczej niż tybetańska wersja genu; zamiast regulować jego poziom, wariant andyjski zmienia skład genetyczny białka, zmieniając DNA w każdej pojedynczej komórce.

„Tybetańczycy mają ogólnie niższe stężenie hemoglobiny, a ich fizjologia radzi sobie z niskim poziomem tlenu w sposób, który nie powoduje nadmiernego wzrostu liczby czerwonych krwinek. Teraz mamy pierwsze oznaki wskazujące, że Andyjczycy również będą podążamy tą ścieżką, obejmując ten sam gen, ale ze zmianą w kodzie białka. Ewolucja zadziałała w tych dwóch populacjach, na tym samym genie, ale na różne sposoby” – powiedział Simonson.

To badanie ilustruje obecne podejście badawcze, które łączy cele genetyczne doboru naturalnego ze złożonymi genami chorobowymi – na przykład zrozumienie, w jaki sposób naturalna zmienność genetyczna przyczynia się do adaptacyjnych i nieprzystosowawczych reakcji na niski poziom tlenu, jak pokazuje to badanie.

W laboratorium Simonsona oznacza to między innymi ustalenie, które docelowe geny znajdujące się poniżej włączają się w odpowiedzi na niski poziom tlenu. Simonson powiedział: „W tym artykule przedstawiono jeden gen powiązany z jednym konkretnym fenotypem, ale uważamy, że w transport tlenu zaangażowanych jest wiele różnych genów i składników. To tylko jeden element tej układanki, który może dostarczyć naukowcom informacji istotnych dla innych populacji”.

Simonson i jej zespół pracują z ludnością latynoską w San Diego i El Centro w Kalifornii, a także w Tijuanie i Ensenadzie w Meksyku, zabierając ich na duże wysokości i rejestrując ich oddechy na jawie i we śnie. Porównują swoje ustalenia z publicznie dostępnymi bazami danych, aby ustalić, czy odkrycia, których dokonali w Andach, dotyczą również lokalnych Latynosów, którzy mogą mieć pewne wspólne warianty genetyczne z Andyjczykami.

„W medycynie precyzyjnej ważne jest rozpoznanie różnic w pochodzeniu genetycznym, szczególnie w populacjach, które nie zostały dostatecznie zbadane pod względem historycznym” – powiedział Simonson. „Jeśli uda nam się znaleźć pewne wspólne czynniki genetyczne w populacjach żyjących w ekstremalnym środowisku, może nam to pomóc w zrozumieniu aspektów zdrowia i chorób w tej grupie i grupach bardziej lokalnie. W ten sposób niniejsze badanie ma na celu popchnięcie badań do przodu i w kierunku kompleksowych, spersonalizowanych podejścia do medycyny w klinikach tutaj, w San Diego.”