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本月发表在《分子生物学与进化》(Molecular Biology and Evolution)的一项研究,发现了现代疾病易感基因与古人类进化的关联性,并解释了这些基因能自远古遗传至今的可能原因。
比如鱼鳞病,属于一种慢性的皮肤病,皮肤表面会出现皮疹,并伴有刺痛和瘙痒。为什么鱼鳞病和其他一些疾病的易感基因会传承了几十万年,同时影响了我们及我们的祖先?
这个问题的提出,源于科学家们发现一些现代疾病相关的遗传变异源头极早,甚至早于尼安德塔人(现代欧洲人祖先的近亲)、丹尼索瓦人(Denisovans,另一个古老人种)和当代人类的进化。
这个研究是由布法罗大学的高级科学家Omer Gokcumen带领团队完成的 ,他是布法罗大学(隶属于纽约州立大学系统)生物科技专业的一名副教授。这个团队利用前人的测序结果,比较了现有人类与其近亲尼安德塔人、丹尼索瓦人以及黑猩猩的基因组(这些物种是在几十万年前进化出来的)。最终识别出了在黑猩猩基因组中仍存在,但在进化过程中逐渐在人类基因组中被“消除”的一些DNA片段。这些DNA片段就被称为“缺失”(deletions),至今,它们仍存在于部分现代人的基因组中,但在另一些现代人的基因组中则已经丢失。
Gokcumen博士提到,“我们的研究发现一些古老的缺失,它们与银屑病、克罗恩病(一种炎症性肠胃病)及其他一些人类能否保持健康的特征有关联。”
他们发现,这些缺失中的一部分在远古人类的个别人群中也存在,但在其他人群中则不存在,呈现遗传的多样性。也许远在一百万年甚至更早前,这种遗传多样性现象就已经在人类的远古近亲——尼安德塔人和丹尼索瓦人的群体中出现。这个发现揭示了平衡选择的重要性,该学说主要说明了物种在生存压力下会呈现遗传多样性的特点,属于进化论中不太完善的一个学说。
总而言之,这项研究发现了这样一个现象,现代一些疾病的易感基因(或者至少是这些疾病相关的遗传变异)已经伴随我们人类很久了。
为什么会出现这种现象?这个问题很难一概而论,但其中一个可能性是:这些导致现代人对克罗恩病和银屑病易感的遗传特征,会对远古人类带来某些益处,可能对人类的进化有帮助。
尽管我们通常认为进化属于“非黑即白”,即物种进化出的特征要么好,要么坏,但事实上“好” “坏” 并没有如此泾渭分明,往往有很大部分的灰色地带。
这其中最典型的一个例子就是镰刀形细胞贫血症的存在。这种疾病的症状包括血红细胞呈现一种弯曲的月牙形状,而不同于正常的球形,这会导致贫血的出现,但同时却能预防疟疾,因月牙形细胞会导致疟原虫无法进入细胞。这种对立压力的出现会导致一种平衡状态的出现,在这种平衡下,引起镰刀形细胞贫血症的基因会存在于疟疾高发地区的人群中。
这项新研究暗示,这种与克罗恩病和银屑病相关的基因缺失现象之所以存在至今,可能源于其在人类健康中起着类似的功能——两害相权取其轻,但也许机理更复杂。
对此,Gokcumen博士解释道:“克罗恩病和银屑病是破坏性的,但我们的研究指出,应该有一些其他因素的存在 —— 一些在过去或现在未知的影响因素—— 能够抵消携带此类易感基因的危险。这两类疾病都属于自体免疫性疾病,可以想象,如果是在一个病原体极度丰富的生存环境中,拥有这种高敏感型的免疫系统将会是一件好事,即使它可能带来一些自体免疫反应。”
另外,这篇文章的第一作者Yen-Lung Lin——来自布法罗大学生命科学专业的在读博士,也提到:“这种应对了进化压力,且存在至今的远古遗传变异,可能未被正确认识。我们认为,这种遗传变异可能与人类健康有着更大的关联,这种关联比前人想象的更多。”
因此,这项研究认为,改变现代人类的某些重要功能相关的缺失很可能起源于人类、尼安德特人与丹尼索瓦人的共同祖先,在距今一百万年前或者更早的时候。这些非比寻常的古老缺失在现代导致了克罗恩病和银屑病的发作,还影响了人类使用某些药物的个体差异性,比如不同人针对生长激素治疗会产生不同效果。
过去,科学家们在进行此类研究时通常只关注发生变异的核苷酸位点,即DNA的单个分子。本研究的新意则在于其利用古人类和现代人类的基因组数据,关注了DNA长片段的差异,而不仅仅是单个核苷酸位点。这项研究表明,利用这些数据来研究人类中存在的不同类型遗传变异,将更有利于我们搞清楚人类这个物种的遗传史。