Люди настолько болезненны из-за того, что мы мутировали, чтобы избежать одной разрушительной болезни

Малярийные паразиты внутри эритроцитов. (Dr_Microbe / iStock / Getty Images)

Сотни тысяч лет назад наши предки разработали простой трюк, который мог бы помочь предотвратить серьезное инфекционное заболевание. Это, вероятно, спасло много жизней, но это также было далеко от идеального решения. 

Новое исследование, опубликованное в журнале Genome Biology and Evolution, обнаружило доказательства того, что мутация, возникшая между 600 000 и 2 миллионами лет назад, была частью комплекса адаптаций, которые могли непреднамеренно сделать нас склонными к воспалительным заболеваниям и даже другим патогенам.

Международная группа исследователей сравнила около тысячи человеческих геномов с несколькими геномами наших вымерших двоюродных братьев, неандертальцев и денисовцев, чтобы заполнить недостающие сведения об эволюции семейства химических веществ, которые покрывают клетки человеческого тела.

Сиаловые кислоты представляют собой разнообразную группу углеводов, которые цветут как листья на кончиках белков, покрывающих поверхности человеческих клеток. Этот навес сахара, как правило, является первым, на что вы натолкнетесь, если бы вы были размером с вирус или бактерию, поэтому неудивительно, что эти химикаты служат знаком безопасности, идентифицируя друга по врагу.

Изменения маркеров сиаловой кислоты могут привести к ряду заболеваний. Но это было одно конкретное изменение, характерное для всех людей, которое исследователи здесь стремились понять.  

Большинство млекопитающих, включая близкородственных обезьян, имеют соединение, называемое N-гликолилнейраминовой кислотой или Neu5Gc. В течение некоторого времени мы знали, что ген этой версии сиаловой кислоты у нас нарушен.

Исследователи ранее предполагали, что эта мутация была развита у людей, чтобы облегчить уничтожение малярийных паразитов, таких как Plasmodium knowlesi, которые захватывают эритроциты(картинка обложки этой статьи). Несколько птиц, летучих мышей и даже китов — также получили эту мутацию самостоятельно.

Поскольку шимпанзе сохраняют ген Neu5Gc, мутация должна была произойти в течение последних 6 миллионов лет или около того, некоторое время после того, как мы разошлись друг с другом в эволюционной ветви.

Это окно теперь можно сузить еще больше. Самое последнее исследование показывает, что неандертальцы и денисовцы разделяют наш вариант сиаловой кислоты, то есть изменение произошло до того, как наша ветвь генеалогического древа разошлась примерно от 400 000 до 800 000 лет назад.

Впрочем, маркеры сиаловой кислоты — это только часть истории. Чтобы отличить клетки, которые принадлежат возможным захватчикам, наши иммунные клетки вооружены сканирующим химическим веществом, называемым лектинами иммуноглобулинового типа, связывающими сиаловую кислоту. Или Siglecs для краткости.

Когда происходит проверка, если маркер сиаловой кислоты в клетке не до нуля, это занавес для этой клетки. Естественно, любые изменения в нашем имени тега сиаловой кислоты подразумевают, что наша система Siglecs также нуждается в корректировке.

Конечно, при дальнейшем исследовании исследователи обнаружили значительные мутации среди скопления генов Siglecs, которые являются общими для людей и их близких, но не для приматов.

Не все эти версии также обнаруживаются на иммунных клетках. Согласно исследованию, некоторые из них обнаруживаются в других тканях, таких как мозг, плацента и кишечник.

Эта радикальная перестройка нашей иммунной системы дала бы людям с геном Neu5Ac, живущим в районах, подверженных паразитарным заболеваниям, огромное преимущество перед их родственниками с геном Neu5Gc.

Но это, возможно, обошлось нам дорогой ценой. Десять лет назад исследователи из той же команды предположили, что мутация разъединила бы наши исконные сообщества, потенциально препятствуя их размножению. Другими словами, происхождение нашего вида могло расколоться в результате этого комплекса иммунных мутаций, возможно, происходящих с появлением Homo erectus чуть более 2 миллионов лет назад.

Но есть и другие последствия изменений, которые мы все еще испытываем сегодня. Экспрессия Siglecs связана с такими заболеваниями, как астма и болезнь Альцгеймера, что повышает вероятность того, что защита от разрушительного заболевания ставит нас под угрозу других заболеваний.

Что касается этого обмена в сиаловой кислоте, это могло бы предоставить новую возможность для уничтожения других патогенных микроорганизмов. Широкий спектр вирусов и бактерий попадает в наши клетки, цепляясь за пух сиаловой кислоты, многие из которых заражают людей, но не обезьян. Многие, такие заболевания как холера, оспа, грипп и коронавирусы, далеко не тривиальны.

«Большинство коронавирусов инфицируют клетки в два этапа — сначала путем распознавания обильных сиаловых кислот в качестве мест связывания для закрепления, а затем поиска рецепторов белка с более высоким сродством, таких как ACE2», — сказал врач Аджит Варки в журнале Science.

Как ни странно, устранение гена NeuA5c у мышей дает им стимул в беге и в активации других частей их иммунной системы. Учитывая новые когнитивные и физические таланты, появившиеся у людей пару миллионов лет назад, астма и холера вполне могли стоить такого обмена.

Эволюция выполняет свою работу. Но никто не говорит, что она делает это идеально.

DOI: 10.1093/gbe/evaa125