Минералы в рационе помогают формировать ДНК человека

Фото из открытых источников

Микронутриенты — это минералы и витамины, которые требуются нашему организму в определенных концентрациях для поддержания здоровых физиологических функций.

Поскольку многие микроэлементы необходимо получать с пищей, их дефицит может быть распространенным и непропорционально сильно затрагивать страны с низким и средним уровнем дохода.

Длительный и серьезный дефицит может оказывать селективное давление на гены человека.

Жасмин Рис и её коллеги из Университетского колледжа Лондона (UCL) недавно провели исследование, чтобы изучить степень этого влияния и изучить, как микронутриенты в совокупности способствовали эволюции человека. Результаты исследования опубликованы в The American Journal of Human Genetics.

«Мы провели комплексное моделирование, чтобы оценить, какие из опубликованных в настоящее время методов обладают наибольшей эффективностью в выявлении положительного отбора, действующего 1) на отдельные гены и 2) на группы генов», — рассказала Рис.

«Из этих симуляций мы выбрали два метода с наибольшей мощностью для использования в нашем исследовании: один, который идентифицирует области генома, которые необычно дифференцированы между двумя популяциями (что и ожидалось при локальной адаптации, т.е. адаптации только в некоторых популяциях), и один, который реконструирует историю отдельных вариантов по всему геному, чтобы идентифицировать те, частота которых, по-видимому, увеличилась необычно быстрыми темпами (что и ожидалось при позитивном отборе)», — добавила Рис.

Положительный отбор — это процесс, в ходе которого версии гена получают преимущества в результате естественного отбора, поскольку они повышают приспособленность организма. 

Эти методы были использованы для анализа 276 генов, связанных с 13 важнейшими минералами, включая селен, медь, железо, магний, цинк, натрий, кальций, йод, хлорид, калий, фосфор, марганец и молибден, из существующих наборов данных.

«Мы сосредоточились на 13 основных минералах из-за их значимости для общественного здравоохранения и имеющейся литературы, посвященной генетической основе их усвоения, регуляции и метаболизма», — пояснила Рис.

Большинство генов, исследованных в данном исследовании, выполняют ряд биологических функций – возможно, отбор может влиять на функцию, не связанную с микронутриентами. Чтобы максимально учесть это ограничение, группа исследователей сосредоточилась на выявлении признаков положительного отбора в наборах генов, где все гены были связаны с одним и тем же микронутриентом.

«Когда в наборе генов присутствуют сигнатуры, где все гены имеют общую функцию, это является более веским аргументом в пользу позитивного отбора по этой функции (в данном случае, их роли в усвоении микронутриентов, метаболизме или регуляции)», — пояснила Риз. 

Исследователи обнаружили доказательства адаптации, связанной с каждым из 13 изученных минералов, по крайней мере в одной популяции.

«Это говорит о том, что микронутриенты были мощной и широко распространенной селективной силой на протяжении всей истории человечества», — сказала Рис.

«В Центральной Америке у майя, которые живут в регионах с бедными йодом почвами, наблюдаются убедительные доказательства генетических изменений в генах, связанных с регуляцией йода или метаболизмом, что может быть следствием адаптации к низкому содержанию йода в рационе», — сказала Рис.

Аналогичным образом, мы обнаружили, что популяция мбути в Центральной Африке — ещё одна популяция, известная своим низким ростом и живущая в условиях бедных йодом почв — также имеет признаки генетической адаптации в некоторых из тех же йодзависимых тиреоидных рецепторов. Учитывая, что в этом же регионе Центральной Африки ранее было показано, что у другой популяции с низким ростом частота развития зоба ниже, чем у их более высоких соседей, мы предполагаем, что более низкий рост может быть связан с эволюционной адаптацией к рискам, связанным с низким содержанием йода.

Рис подчеркнула, что при описании этих результатов она использовала слово «предполагать», поскольку без всесторонних данных об окружающей среде исследователи не могут формально проверить связь между содержанием микроэлементов в местных почвах и выявленными признаками положительного отбора.

Два гена, связанных с магнием, FXYD2 и MECOM, также продемонстрировали признаки адаптации у жителей Центральной и Южной Азии, где почва может быть очень богата магнием. Поскольку FXYD2 и MECOM связаны с гипомагниемией, эти генетические изменения, возможно, помогли людям избежать проблем со здоровьем, вызванных токсичностью магния, – возможно, за счёт снижения усвоения магния.

В совокупности результаты исследования свидетельствуют о том, что микронутриенты, вероятно, способствовали генетической адаптации в различных популяциях и средах.

Рис и ее коллеги надеются, что результаты исследования будут интересны исследователям в области популяционной генетики человека, эволюционной биологии и эволюционной медицины и послужат стимулом для дальнейших исследований. «Комплексная характеристика почвенных условий поможет понять предполагаемые связи между почвенными условиями и наблюдаемыми генетическими сигнатурами», — сказала она. «Функциональный анализ интересующих нас генов также поможет понять их точную роль и биологические механизмы, связанные с усвоением, регуляцией и метаболизмом микроэлементов», — продолжила она.

Крупные биобанки и данные общественного здравоохранения также могут выявить различия между популяциями в дефиците и токсичности микронутриентов, которые потенциально формируются историей местной генетической адаптации.