Evoliucija veiksme: kaip tūkstantmečius trukęs nuodijimas pavertė Argentinos populiaciją atsparia arsenui

Tūkstančius metų aukštai Argentinos Anduose gyvenantys žmonės vartojo geriamąjį vandenį, kuris daugumai sukeltų mirtiną pavojų.

Šiame regione vulkaninėse uolienose natūraliai esantis arsenas patenka į požeminį vandenį ir užteršia vietos vandens šaltinius tokiais nuodingo metaloido kiekiais, kurie daugumai žmonių sukeltų rimtų sveikatos sutrikimų. Vis dėlto viena šiaurės Argentinos bendruomenė, panašu, įgijo neįprastą genetinį pranašumą.

Vakarų Pietų Amerikos gyventojų DNR analizė parodė, kad Argentinos Anduose gyvenanti populiacija turi geno variantą, kuris, tikėtina, padeda saugiau metabolizuoti arseną.

„Adaptacija lemia genomo pokyčius, tačiau konkrečių žmogaus adaptacijų įrodymai tebėra riboti“, – 2015 m. moksliniame darbe rašė komanda, vadovaujama evoliucinės biologijos tyrėjų Carinos Schlebusch ir Lucie Gattepaille iš „Uppsala University“.

„Mūsų duomenys rodo, kad prisitaikymas toleruoti aplinkos stresorių – arseną – tikriausiai padidino apsauginių AS3MT varianto formų dažnį, ir tai yra pirmasis įrodymas, kad žmonės prisitaikė prie nuodingos cheminės medžiagos“, – teigė tyrėjai.

Gyvybė, turėdama pakankamai laiko ir patirdama ne per staigų poveikį, geba prisitaikyti prie pačių įvairiausių sąlygų – nuo ekstremalios kaitros iki deguonies stokos ar pavojingos radiacijos. Tačiau apie tai, kaip žmonių populiacijos prisitaiko prie toksinių cheminių medžiagų savo aplinkoje, vis dar žinoma palyginti nedaug.

Arsenas yra labai nuodingas: siejamas su vėžiu, odos pažeidimais, apsigimimais ir ankstyva mirtimi. Be to, kai kuriuose pasaulio regionuose jis natūraliai aptinkamas didelėmis koncentracijomis požeminiame vandenyje.

Pasaulio sveikatos organizacijos nustatyta rekomenduojama arseno riba geriamajame vandenyje yra 10 mikrogramų litre. Tačiau iki 2012 m., kol buvo įrengta filtravimo sistema, atokiame aukštikalnių miestelyje San Antonijuje de los Kobres (Puna de Atakamos plynaukštėje) geriamajame vandenyje arseno būdavo apie 200 mikrogramų litre – maždaug 20 kartų daugiau nei rekomenduojama.

Vis dėlto šis regionas gyvenamas tūkstančius metų – mažiausiai 7 tūkst. metų, o galbūt ir iki 11 tūkst. metų. Dėl to mokslininkus ilgą laiką glumino, kaip vietos gyventojai sugeba pakelti tokias dideles arseno koncentracijas.

Dar 1995 m. tyrėjai pastebėjo, kad Argentinos Andų moterys turi „unikalų“ gebėjimą metabolizuoti arseną – tai rodė jų šlapime aptikti metabolitai.

Patekęs į organizmą arsenas fermentų paverčiamas keliomis cheminėmis formomis. Viena tarpinių formų – monometilintas arsenas (MMA) – yra ypač toksiška. Vėlesnė forma, dimetilintas arsenas (DMA), organizmui yra palankesnė, nes lengviau pašalinama su šlapimu.

San Antonijaus de los Kobres gyventojai, kaip nustatyta, paprastai pagamindavo mažiau toksiško tarpinio junginio ir daugiau lengviau pašalinamos formos. Tai leido manyti, kad jų organizmas arseno apdorojimą atlieka neįprastai efektyviai.

Susidomėję šiuo reiškiniu, C. Schlebusch, L. Gattepaille ir kolegos siekė išsiaiškinti, ar tai galima paaiškinti genetiniais skirtumais.

Komanda surinko 124 San Antonijaus de los Kobres moterų DNR mėginius, paimtus tamponėliais nuo skruosto gleivinės. Jų šlapimo mėginiai rodė tą patį arseno metabolitų profilį, kaip ir 1995 m. tyrime. Vėliau mokslininkai išanalizavo milijonus genetinių žymenų visame genome.

Norėdami suprasti, ar aptiktas geno variantas yra būdingas būtent Argentinos populiacijai, tyrėjai palygino rezultatus su viešai prieinamais Peru ir Kolumbijos genomo duomenimis iš tarptautinio projekto „1000 Genomes Project“.

Ankstesni tyrimai rodė, kad svarbų vaidmenį arseno apykaitoje gali atlikti fermentas, vadinamas arseno (+3 oksidacijos būsenos) metiltransferaze (AS3MT). Todėl mokslininkai dėmesį sutelkė į šią sritį.

Jie aptiko genetinių variantų grupę šalia AS3MT geno, kuri stipriai veikė tai, kaip organizmas apdoroja arseną. Šie variantai buvo gerokai dažnesni San Antonijaus de los Kobres gyventojams nei genetiškai panašiose Peru ir Kolumbijos populiacijose.

Manoma, kad šie variantai padeda efektyviau paversti arseną į formas, kurias organizmas gali saugiai pašalinti su šlapimu, ir mažina toksiškiausių tarpinių junginių kaupimąsi. Tai gerai dera su ankstesniais tyrimais, kuriuose analizuoti arseno metabolitai šlapime.

Nors arseno tarša pasaulyje nėra reta, labai mažai bendruomenių ilgą laiką patyrė tokį didelį poveikį. San Antonijuje de los Kobres žmonės tūkstančius metų gyveno su arsenu gruntiniame vandenyje – pakankamai ilgai, kad natūrali atranka galėtų palankiai „atrinkti“ savybes, mažinančias arseno toksinį poveikį.

Vėlesni darbai leidžia manyti, kad panašūs genetiniai signalai gali būti aptinkami ir kitose Andų populiacijose, kurios kartų kartas buvo veikiamos arseno. Tai sustiprina išvadą, kad ilgalaikis poveikis gali skatinti genetinės tolerancijos formavimąsi, ir leidžia spėti, jog toks prisitaikymas regione gali būti plačiau paplitęs.

„Atsižvelgiant į itin žalingą arseno poveikį vaikų ir suaugusiųjų sveikatai, asmenys, turintys arseno toleranciją lemiančią haplotipų kombinaciją, gali turėti labai stiprų atrankos pranašumą didelio arseno aplinkoje“, – rašė tyrėjai.

Tyrimas publikuotas mokslo žurnale Molecular Biology and Evolution.