Powiązania starożytnych metod przystosowania do warunków klimatycznych i współczesnego zdrowia metabolicznego
Grupy ludzi ewoluowały w różnych warunkach klimatycznych. Przetrwanie wymagało w związku z tym zmian zdolności organizmu do wytwarzania ciepła. Wydaje się, że przez wiele tysiącleci różne warunki środowiskowe stanowiły selektywne impulsy, które wpływały na zmiany genetyczne i fenotypowe. Cechy takie jak zużycie energii i regulacja temperatury opierają się na tych starożytnych adaptacjach. Brunatna tkanka tłuszczowa i mięśnie szkieletowe odgrywają istotną rolę w wytwarzaniu ciepła.
Różnorodność oparta na przystosowaniu do klimatu
Zespół projektu ClimAHealth(odnośnik otworzy się w nowym oknie), realizowanego dzięki wsparciu ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), badał, w jaki sposób geny związane z termogenezą - zdolnością organizmu do wytwarzania ciepła - różnią się w zależności od populacji. Naukowcy przeanalizowali genomy 26 grup populacyjnych z czterech kontynentów pod kątem genetycznych dowodów na adaptację szlaków termogenicznych w ciągu ostatnich 30 000 lat. „Odkryliśmy, że geny uczestniczące w procesie termoregulacji były wielokrotnie celem selekcji naturalnej w różnych populacjach, prawdopodobnie pomagając tym samym przodkom ludzi radzić sobie ze zróżnicowanymi warunkami klimatycznymi”, wyjaśnia Diego Salazar-Tortosa, główny badacz projektu ClimAHealth z ramienia Uniwersytetu w Granadzie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Hiszpanii.
Dekodowanie starożytnych sygnałów genetycznych w dzisiejszych genomach
Naukowcy odkryli, że geny termogeniczne są powiązane z masą ciała. Podobnie jest z powiązaniem między produkcją ciepła, bilansem energetycznym i metabolizmem lipidów oraz glukozy, co sugeruje, że starożytne wydarzenia związane z przystosowaniem do klimatu mogą nadal wpływać na dzisiejszą zmienność cech kardiometabolicznych. Co więcej, odkrycia te mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego niektóre populacje mogą mieć różne predyspozycje genetyczne do występowania zaburzeń związanych z otyłością. Ponadto wskazuje to, w jaki sposób wydarzenia wpływające na przystosowanie populacji wynikające ze starożytnego klimatu mogą nadal wpływać na ludzkie zdrowie. „Projekt ClimAHealth pogłębia nasze zrozumienie wpływu środowiska na kształtowanie biologii ludzkiej”, zauważa Salazar-Tortosa. „Ta istotna wiedza może stanowić podstawę przyszłych badań w dziedzinach medycyny spersonalizowanej i zdrowia publicznego”. Opracowanie nowych algorytmów(odnośnik otworzy się w nowym oknie) uczenia maszynowego umożliwiło naukowcom modelowanie złożonych sygnałów adaptacyjnych w ludzkim genomie w ciągu ostatnich 30 000 lat. Co istotne, algorytmy te dostarczyły rzetelnych przesłanek wskazujących na częstą, powszechną adaptację genetyczną związaną z termogenezą.
Różnorodność populacji i modele genetyczne
Analiza różnorodności populacji pozwoliła zespołowi projektu ClimAHealth odkryć, gdzie adaptacje genetyczne są najsilniejsze lub bardziej widoczne. Jak wyjaśnia jeden z czołowych badaczy, David Enard: „Ludność Yoruba w Afryce, która doświadczyła mniejszej liczby historycznych wąskich gardeł populacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie), charakteryzuje się szczególnie silnymi sygnałami adaptacyjnymi”. Badając wiele populacji na całym świecie, naukowcy byli w stanie zidentyfikować regiony genomu, które mogły być wielokrotnie celem selekcji naturalnej w różnych środowiskach. Zrozumienie tych wzorców pomaga zrekonstruować historię ewolucji populacji ludzkich i może przełożyć się na wiedzę na temat tego, dlaczego niektóre cechy związane ze zdrowiem różnią się w dzisiejszych populacjach.
Znaczenie dla medycyny i dalsze kierunki badań
Głównym rezultatem projektu ClimAHealth było stworzenie konektomu BAT(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wyselekcjonowanego zestawu genów związanych z funkcją brunatnej tkanki tłuszczowej. Geny te zostały nie tylko wyselekcjonowane ewolucyjnie, ale także charakteryzują się wysoką ekspresją w brunatnej tkance tłuszczowej ludzi. Jak wyjaśnia Jonatan Ruiz, główny badacz projektu: „Mapa ta wskazuje geny kandydujące, które wpływają na równowagę energetyczną i metabolizm brunatnej tkanki tłuszczowej”. Chociaż narzędzia kliniczne są odległą przyszłością, konektom BAT stanowi fundament dla przyszłych poligenowych ocen ryzyka uwzględniających wiele genów i koncentrujących się na cechach związanych z otyłością. Rezultaty projektu przyczynią się do głębszego zrozumienia ludzkiego genomu i historii jego ewolucji. Wiedza ta jest kluczem do zrozumienia wpływu genetyki na ryzyko występowania wybranych chorób w różnych populacjach i toruję drogę do nowych rozwiązań w medycynie ewolucyjnej i spersonalizowanej.
