Genomisk undersøgelse i Afrika - demografisk historie og skadelige mutationer

Forskere fra Institut Pasteur satte sig for at forstå, hvordan de demografiske ændringer i forbindelse med den neolitiske overgang også påvirkede effekten af ​​naturlig selektion. Ved at sammenligne genomdiversiteten hos mere end 300 individer fra grupper af skovjæger-samlere (pygmæer) og landmænd (bantu-talende folk), fra det vestlige og østlige Centralafrika, de opdagede, at grunden til, at pygmæer ikke led af overdrevne skadelige mutationer, var på grund af deres genetiske mangfoldighed og deres sammenblanding med bantufolkene.

Forskning i mangfoldigheden af ​​det menneskelige genom og eventuelle sjældne eller hyppige mutationer er afgørende for at identificere mutationer, der øger modtageligheden for komplekse sygdomme, såsom infektiøse eller autoimmune lidelser. "Elimineringen af ​​disse mutationer, der er skadelige for menneskers sundhed, er i høj grad betinget af befolkningernes evolutionære historie, især deres demografiske udsving, " forklarer Lluis Quintana, Leder af Human Evolutionary Genetics Unit og forfatter til undersøgelsen. Gennem deres historie, menneskelige populationer har gennemgået betydelige og ekstremt varierede ændringer med hensyn til antal individer, giver anledning til forskelle i antallet og sværhedsgraden af ​​mutationer båret af disse populationer. Akkumulering af sygdomsfremkaldende genetiske varianter, kendt som "byrden af ​​skadelige mutationer", varierer fra en befolkning til en anden afhængigt af dens fortid. "Målet med vores projekt er at forstå, hvordan demografiske begivenheder såsom stigning og fald i antallet af individer, såvel som genetiske blandinger, har haft en indvirkning på effektiviteten af ​​nogle evolutionære mekanismer såsom rensende selektion."

Sammenligning af genomdiversiteten af ​​to populationer

Forskerne fokuserede deres forskning på en sammenligning af befolkninger, der levede gennem en af ​​de mest betydningsfulde sociokulturelle overgange i menneskehedens historie:overgangen til landbrug. Ved at sammenligne genomdiversiteten hos mere end 300 individer fra grupper af skovjæger-samlere (pygmæer) og bønder (bantu-talende folk) i det vestlige og østlige Centralafrika, undersøgelsen havde til formål at kaste lys over den måde, hvorpå demografiske ændringer forbundet med den neolitiske overgang også påvirkede effektiviteten af ​​naturlig selektion. "Vi karakteriserede derfor den genetiske struktur af disse populationer ved hjælp af exome-sekventeringsdata [redaktørens note:exomet er en brøkdel af genomet, der indeholder proteinkodende regioner] og brugte computermodelleringsteknikker til at rekonstruere ændringer i populationsstørrelse i løbet af de sidste 200, 000 år, " fortsætter Lluis Quintana.

Mod alle forventninger, hans hold observerede, at de nuværende grupper af skovjæger-samlere er efterkommere af velstående forfædrepopulationer med en genetisk størrelse, der kan sammenlignes med bøndernes forfædre. Simuleringer indikerer også eksistensen af ​​genetisk blanding mellem grupperne mere end 20, 000 år siden.

"Det var for nylig, gennem de sidste 20, 000 år, at den demografiske udvikling af disse to befolkninger blev diametralt modsat, med jæger-samler befolkningsstørrelsen faldende dramatisk [ca. 80%], mens antallet af tidlige landmænd tredobledes."

Måling af virkningen af ​​ekstreme demografiske ændringer

I et forsøg på at forstå og kvantificere virkningen af ​​disse ekstreme demografiske ændringer på byrden af ​​skadelige mutationer, forskerne målte effektiviteten af ​​at rense selektion i de to grupper og undersøgte dens dynamik over tid. "Dette gjorde det muligt for os at måle stigningen og faldet i byrden af ​​skadelige mutationer, efterhånden som befolkningens størrelse trak sig sammen og voksede, " forklarer videnskabsmanden. "Baseret på undersøgelsen, vi var også i stand til at forudsige det, i det særlige tilfælde af afrikanske jæger-samlere og landmænd, den nuværende byrde af mutationer er ens i de to grupper, på trods af deres forskellige demografiske historier og livsstil."

Det, der forhindrede jæger-samlere i at lide af et overskud af skadelige mutationer, var både deres høje forfædres genetiske mangfoldighed og en stærk og konstant sammenblanding med bønder. Forskernes forudsigelser blev derefter verificeret ved hjælp af DNA-sekventeringsdata for empirisk at kvantificere antallet af skadelige mutationer, som hvert individ bærer. Der blev ikke påvist forskelle i antallet og sværhedsgraden af ​​mutationer båret af skovjæger-samlere og landmænd.