自然选择为什么还没有消灭遗传疾病

  (本文由 Nautilus 授权转载,译/LH)当约翰·查尔斯·马丁·纳什(John Charles Martin “Johnny” Nash)第一次听到他脑中的声音时,他还是个少年。作为一名基督徒,他把这个声音解释为上帝在对他说话,他曾遵循这个声音的指引穿行至一条繁忙的高速公路正中央。他曾是一名深有造诣的国际象棋棋手和一个数学天才,但是下棋和计算对他而言变得越来越艰难。不久之后,他被精神医师诊断患有精神分裂症。同样的疾病也曾经折磨过他极具才华的父亲——已故的诺贝尔奖得主,曾在经典电影《美丽心灵》中由罗素·克劳演绎的数学家约翰·福布斯·纳什(John Forbes Nash)。

  现在全球有超过2100万人罹患精神分裂症。和其他数千种危险的疾病一样,精神分裂症具有很强的遗传性。这一现象给研究演化的科学家们提出了一个难题:这些疾病降低了基因携带者的适应度,但为什么它们的致病基因却能一直保留下来?试图解释这个矛盾的办法之一是所谓“平衡选择”理论:这些可遗传基因突变虽然会致病,但往往能在其他方面对人有益。理查德·路温顿(Richard Lewontin)和约翰·哈比(John Hubby)在1966年提出这一思路,他们假设有害隐性基因能在群体中流通以保持群体的基因多样性。基因多样性太低,一些个体就会患上有害疾病;基因多样性恰好适量时,一些人则能从“杂合”基因中获得优势。

自然选择为什么还没有消灭遗传疾病

  关于平衡选择的研究:上图表现了自然选择模拟中变异频率随时间的变化。不同的颜色代表着在人群中观察到的特定基因的不同变体。图片来源:hfsp.org

  平衡选择最著名的例子是镰刀形红血球疾病,这种疾病阻碍血液和氧在体内的循环,是一种无法治愈的贫血症。当从父母双方各遗传一份镰刀形红血球等位基因时,贫血病将全面爆发,这常使患者在未达生殖年龄时夭亡。但是当人只遗传一份致病等位基因时,结果不仅远远不会像遗传两份时那样糟糕,他们还能拥有对疟疾的抵抗力。

  在造成精神分裂症的众多基因变种中有一些与酗酒和躁郁症相关的基因变种,科学家们推测它们可能会给人带来创造力,更强的记忆力和数字的天赋。这种现象在基因层面上是如何运作的我们尚不清楚,但是最近一组国际科学家团队的研究为这一复杂的过程提供了新线索。这组科学家团队由德国马克斯·普朗克演化生物学研究所(Max-Planck Institute for Evolutionary Biology)的演化免疫遗传学家托比亚斯·伦茨(Tobias Lenz)领导,他们发现了证据证明平衡选择可能不仅仅和各个等位基因有关,它还和它们临近的基因组成有关系。

  专家已经在人类基因组中确认,至少有11000个基因存在一些可以致病的变体。一些可致病的基因变体的延续,不是靠自己身上的平衡选择,而是靠附近邻居基因的平衡选择,这一理论不是伦茨和他的同事们第一个提出来的,但他们却是第一个给出实实在在证据的。

  研究人员们分析了基因组中一个名叫“主要组织相容性复合体”(major histocombatibility complex,MHC)的区域。这一区域包含帮助免疫系统识别外来物质的基因。为了提供多样的免疫系统蛋白质以帮助人们抵抗不断进化的细菌和病毒,MHC区域的基因突变速率尤其快。那些和复杂遗传疾病——比如精神分裂症,阿尔兹海莫氏病,数种癌症,还有普通自体免疫性疾病例如类风湿性关节炎——相关联的MHC基因,它们附近的基因也常常一起遗传下来;而研究者发现,恰恰是这些附近基因里,突变尤其之密集。

  来自6500人的基因测序数据可以确认平衡选择确实存在:有效的免疫系统带来了益处,但也要付出代价——保留了其附近编码了遗传疾病的基因。

  伦茨说:“以前对平衡选择的研究,大多只关注了那个基因本身,我们现在证明我们应该把平衡选择放在更宽泛的情景中看,要包括遗传连锁上邻近区域的别的基因。”他表示考虑到遗传疾病和我们重要的生理组成部分例如免疫系统之间的关连时,类似的研究会帮助我们估算这些遗传疾病有多顽固,又对我们有多必要。

  他说:“一定程度上,如此错综复杂的损益平衡是在告诉我们,我们永远都不能摆脱致病基因变体。”

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