Генетска адаптација на содржината на селен во храната во поновата историја на човештвото
Генетска адаптација на луѓето кон достапноста на хранливи материи
Откако се иселиле од Африка пред околу 60 000 години [1], луѓето се населиле во различни области. Со цел да се развијат добро во овие различни средини, одделните групи на луѓе не само што го искористија културниот и технолошкиот напредок, туку исто така често се прилагодуваа на генетско ниво. Значи, тие мораа да се прилагодат на регионалните разлики во составот на храната. На пример, повеќето цицачи не можат да ја варат млечната шеќерна лактоза по доењето. Кај човечките популации во Европа и Африка кои чуваат говеда за производство на млеко, се случила адаптација во генот лактаза. Исто така, им овозможува на возрасните да ја варат лактозата и со тоа да продолжат да уживаат во нутритивни придобивки од млекото [2].
Микроелементот селен е основна компонента на човечката исхрана.Нејзината диетална содржина главно се определува од концентрацијата на селен во почвата на која се одгледува храната. Количината на селен во почвата варира ширум светот. Значи, откако мигрирале од Африка, луѓето се населиле низ целиот свет во области со исклучително различни количини на селен во нивната исхрана.
Зошто на луѓето им е потребен селен
Луѓето имаат потреба од селен во исхраната со цел да се соберат 25 човечки протеини кои содржат селен во форма на 21-от алено киселина селеноцистеин (Сек). Овие протеини што содржат сек се нарекуваат селенопротеини и се вклучени во виталните процеси, на пример за да се заштитат клетките од оксидативно оштетување. Sec е аналог на почеста аминокиселина цистеин (Cys), при што атомот на сулфур во функционалната група на Cys in Sec се заменува со селен. Се верува дека Sec има единствена хемиска улога што Cys не може да ја стори во иста мера. Покрај селенопротеините, луѓето имаат и шест гени добиени од селенопротеини кои содржат Cys наместо Sec (ова се паралози што содржат Cys). Секој од овие гени игра слична улога за селенопротеините, но за функционирање не е потребен внес на селен.
Sec има посебна карактеристика што неговиот придружен кодон (тоа е тројка последователни нуклеобази во геномот, во која е кодирана структурата на одредена аминокиселина) UGA обично е стоп кодон. Со цел кодонот UGA да се чита како Sec, потребни се голем број специјализирани функционални протеински машинерии: Конверзијата на овој ген во селенопротеин во телото бара дејство на најмалку 19 други протеини, кои колективно се нарекуваат регулаторни протеини. Овие протеини го регулираат селенот во организмот, го синтетизираат Sec и го контролираат вградувањето на Sec во аминокиселинскиот ланец.
Се проценува дека околу милијарда луѓе јадат недостаток на селен [3], иако тоа е ограничено на одредени региони во светот. На пример, Кина има некои од највисоките и некои од најниските нивоа на селен во светот. Во региони со тежок дефицит на селен, ендемично се случило болест на срцевиот мускул (болест на Кешан) со висока стапка на смртност кај деца и оневозможувачка болест на коските и рскавицата (болест Кашин-Бек) пред неодамна воведените програми за додаток на селен 4] Благ недостаток на селен може да предизвика дефект на имунолошкиот систем, намалена плодност, когнитивна слабост и зголемен ризик за смртност [5]. Бидејќи адекватниот внес на селен е толку важен за здравјето на луѓето и плодноста, а количината на селен во храната варира ширум светот, истражувачите од Одделот за еволутивна генетика претпоставуваат дека разликите во внесот на селен во исхраната може да бидат многу Влијаеше на еволуцијата на гените поврзани со селен кај луѓето со генерации.
Потрагата по адаптација во гените поврзани со селен
Сл. 1: Просторна локација на човечки популации од целиот свет анализирана во ова дело.
Во потрага по адаптација кон нивото на селен, истражувачите испитале генетска варијација во гените на селенопротеините, паралози што содржат ЦИС и регулирачки гени на селен кај 855 луѓе од 50 популации ширум светот (Сл. 1) Оваа ширина на популации обезбедува широк спектар на позадини во однос на содржината на селен во храната. Истражувачите ги зачувале собраните податоци во базата на податоци SelenoDB (www.selenodb.org) [6] со цел да ги направат достапни на заедницата на биолози на селен.
Адаптација на недостаток на селен
Сл. 2: Споредба на невообичаено големи разлики во фреквенцијата на генетски варијанти помеѓу популации од различни региони на светот. (А) Споредба помеѓу регионите во светот. (Б) Споредба помеѓу популациите во Кина кои живеат или во региони со недостаток на селен или во региони со доволен селен (во однос на другите региони во светот).
Истражувачите откриле дека во Централна Јужна Азија и Источна Азија има докази за локална адаптација и во селенопротеините и во регулаторните гени и, покрај тоа, уште еден доказ во селенопротеините во Америка (регион со црвено во Сл. 2А) Повеќето од популациите на Источна Азија потекнуваат од Кина, каде што може да се најдат големи региони со недостаток на селен. Ниска содржина на селен во почвата може да се најде и во Пакистан, од каде доаѓаат повеќето примероци од централна Јужна Азија. Затоа е веројатно дека овие знаци на позитивен избор одразуваат прилагодување на нивото на селен во животната средина. Знакот на позитивна селекција во Америка се толкува повнимателно затоа што не е докажан недостаток на селен кај луѓето во овој дел од светот.
За паралозите што содржат Cys, сепак, нема докази за адаптација во кој било регион на светот. Овие гени имаат слични функции со селенопротеините и затоа може да се посомнева дека тие играат улога во компензација на функцијата на селенопротеини кога селенот е оскуден. Сепак, познато е дека Sec и Cys се разликуваат по своите каталитички својства и не се функционално заменливи. Затоа, ова може да ја ограничи способноста на гените што содржат Цис да ја надминат функцијата на селенопротеините. Навистина, недостатокот на значителни докази за адаптација во овие гени веројатно ја одразува нивната независност од селен и сугерира дека гените што содржат цистеин не играат компензаторна улога во ниските нивоа на селен.
Следно, истражувачите подетално ги разгледаа знаците на адаптација во Азија. Повеќето од проучуваните популации се од Кина, дел од светот со дефицит на селен во големи региони каде што болести со тежок недостаток, како што е Кешановата болест, биле ендемични. Тие ги поделија популациите во Кина во две групи, во зависност од тоа дали живеат во региони со недостаток на селен или области со доволен селен. Ова покажа дека индикациите за адаптација се ограничени на региони во Кина со дефицит на селен (Сл. 2Б, Слика 3) Ова ја поддржува претпоставката дека недостаток на селен ја поттикнува адаптацијата кај овие гени.
Сл. 3: Популациите од делови на Кина со недостаток на селен даваат најјасни индикации за локална адаптација во Кина. Розовите области на картата се региони со недостаток на селен каде што болести со недостаток на селен биле ендемични. За популациите обележани со црвена боја, кои живеат во розовите области, има јасен доказ за адаптација во гените поврзани со селенот. Популациите обележани со сино кои живеат во региони со доволен селен (зелени површини на картата) не даваат никакви знаци на адаптација во гените поврзани со селен.
Заклучоци
Резултатите сугерираат дека микроелементите селен биле важни за време на неодамнешната човечка еволуција: Како што луѓето се шират низ целиот свет, адаптацијата во гените што содржат селен или ја регулираат неговата употреба може да им помогнала на луѓето да станат региони сиромашни со селен насели Како резултат, човечката популација денес, како резултат на нивната историја, може да има различни ризици од страдање од болести поврзани со селен.