Rzeżączka przyczyniła się do rozprzestrzenienia niezwykle istotnego genu u ludzi. Do takich zaskakujących wniosków doszli naukowcy z University of California San Diego School of Medicine. Badacze odkryli wcześniej zestaw mutacji ludzkich genów, które chronią osoby starsze przed spadkiem zdolności poznawczych i demencją. Teraz prześledzili ewolucję jednego z nich. Jak się okazuje, presja selektywna ze strony patogenów zakaźnych, takich jak dwoinka rzeżączki, mogła promować pojawienie się tego wariantu genu u ludzi, co wspierało rolę dziadków w ludzkich społecznościach.
Biologia większości gatunków zwierząt jest zoptymalizowana pod kątem reprodukcji, często kosztem przyszłego zdrowia i dłuższego życia rodziców. W rzeczywistości ludzie należą do nielicznych gatunków, o których wiadomo, że żyją długo w niezłym zdrowiu po ustaniu zdolności reprodukcyjnych. Dzieje się tak dlatego, że starsze kobiety stanowią ważne wsparcie w wychowywaniu dzieci, które wymagają więcej opieki niż młode osobniki innych gatunków. Naukowcy próbują teraz zrozumieć, jakie cechy ludzkiej biologii sprawiają, że ten dłuższy okres zdrowia po menopauzie jest możliwy.
Wyniki nowych badań opublikowano w „Molecular Biology and Evolution” (DOI: 10.1093/molbev/msac151).
Badacze już wcześniej porównywali genomy ludzi i szympansów. Odkryli wtedy, że ludzie mają unikalną wersję genu dla CD33, receptora wyrażanego w komórkach odpornościowych. Standardowy receptor CD33 wiąże się z rodzajem cukru zwanym kwasem sialowym, którym pokryte są wszystkie ludzkie komórki. Kiedy komórka odpornościowa wyczuwa kwas sialowy poprzez CD33, rozpoznaje inną komórkę jako część organizmu i nie atakuje jej, co zapobiega reakcji autoimmunologicznej.
Receptor CD33 jest również wyrażany w komórkach odpornościowych mózgu zwanych mikroglejem, gdzie pomaga kontrolować stany zapalne. Jednak mikroglej pełni również ważną rolę w usuwaniu uszkodzonych komórek mózgowych związanych z chorobą Alzheimera. Poprzez wiązanie się z kwasami sialowymi na tych komórkach, zwykłe receptory CD33 w rzeczywistości tłumią tę ważną funkcję mikrogleju i zwiększają ryzyko demencji.
Tu właśnie pojawia się nowy wariant genu. Gdzieś na drodze ewolucji ludzie otrzymali dodatkową zmutowaną formę CD33, w której brakuje miejsca wiążącego cukier. Zmutowany receptor nie reaguje już na kwasy sialowe znajdujące się na uszkodzonych komórkach i blaszkach miażdżycowych, co pozwala mikroglejowi na ich zniszczenie. Rzeczywiście, wyższe poziomy wariantu CD33 chronią przed późną postacią choroby Alzheimera.
Próbując zrozumieć, kiedy ten wariant genu pojawił się po raz pierwszy, prof. Ajit Varki i jego współpracownicy znaleźli dowody silnej pozytywnej selekcji. Sugeruje to, że coś napędzało gen do szybszej ewolucji. Badacze odkryli też, że ta konkretna wersja CD33 nie była obecna w genomach neandertalczyków i denisowian, naszych najbliższych ewolucyjnych krewnych.
- W przypadku większości genów, które różnią się u ludzi i szympansów, neandertalczycy mają zwykle tę samą wersję co ludzie, więc było to dla nas naprawdę zaskakujące - tłumaczy Varki. - Nasze odkrycia sugerują, że mądrość i opieka zdrowych dziadków mogła być ważną przewagą ewolucyjną, którą mieliśmy nad innymi starożytnymi gatunkami homininów – dodaje.
Varki kierował badaniem wraz z prof. Pascalem Gagneux specjalizującym się w dziedzinie patologii w UC San Diego School of Medicine. Autorzy są przekonani, że badanie dostarcza nowych dowodów wspierających „hipotezę babci”, która mówi o tym, że kiedy kobieta urodzi dziecko, to opiekę nad nim przejmuje jej matka, co pozwala kobiecie szybciej mieć kolejne potomstwo, bo nie musi zajmować się pierwszym dzieckiem.
Teoria ewolucji mówi, że to sukces reprodukcyjny jest głównym motorem selekcji genetycznej. Zdrowie samo w sobie nie jest „celem” ewolucji. Co więc spowodowało rozpowszechnienie tej zmutowanej formy CD33 u ludzi?
Jedną z możliwości jest to, że wysoce zakaźne choroby, takie jak rzeżączka (powodowana przez dwoinkę rzeżączki - Neisseria gonorrhoeae), które mogą być szkodliwe dla zdrowia reprodukcyjnego, mogły wpłynąć na ewolucję człowieka. Bakterie dwoinki rzeżączki pokrywają się tymi samymi cukrami, z którymi wiążą się receptory CD33. Jak „wilki w owczej skórze”, są one w stanie oszukać ludzkie komórki odpornościowe, by nie rozpoznały ich jako zewnętrznych najeźdźców.
Badacze sugerują, że zmutowana wersja CD33 bez miejsca wiążącego cukry pojawiła się jako ludzka adaptacja przeciwko takiej „molekularnej mimikrze” ze strony rzeżączki i innych patogenów. Naukowcy potwierdzili, że jedna z mutacji specyficznych dla człowieka była w stanie całkowicie znieść interakcję między bakterią a CD33, co pozwala komórkom odpornościowym na zaatakowanie bakterii.
Autorzy uważają, że ludzie początkowo odziedziczyli zmutowaną formę CD33, aby chronić się przed rzeżączką w wieku reprodukcyjnym. Z kolei ten dodatkowy wariant genu został później dokooptowany przez mózg ze względu na korzyści w postaci zahamowania rozwoju demencji.
Źródło: University of California - San Diego, fot. National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health. Na zdjęciu Gram-ujemne bakterie dwoinki rzeżączki (Neisseria gonorrhoeae)
