בני האדם עדיין מתפתחים, וטאטום סימונסון, דוקטורט, מייסד ומנהל שותף של המרכז לגנומיקה פיזיולוגית של חמצן נמוך בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת קליפורניה, מתכנן להשתמש באבולוציה כדי לשפר את שירותי הבריאות לכולם.
המחקר האחרון שלה, שפורסם ב-9 בפברואר 2024 ב התקדמות המדע, מגלה כי וריאנט גן אצל חלק מאנשי האנדים קשור לספירת תאי דם אדומים מופחתים בגובה רב, מה שמאפשר להם לחיות בבטחה גבוה בהרים בתנאים של רמת חמצן נמוכה. המעבדה של סימונסון באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו מיישמת את הממצאים הללו כדי להבין האם ייתכן שיש מרכיב גנטי מדוע אנשים מסוימים עם דום נשימה בשינה או מחלות ריאות כגון מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) מסתדרים טוב יותר מאחרים.
ישנם אנשים עם COPD אשר נושמים הרבה ושומרים על ריווי חמצן גבוה יותר. אחרים עם אותה מחלה לא נושמים כל כך הרבה, ורווי החמצן שלהם נמוך. חוקרים חושדים שייתכן שיש הבדלים גנטיים בבסיס השונות הזו, בדומה לשונות שאנו מוצאים במסלולים החשובים לחישת חמצן ותגובות העומדות בבסיס הברירה הטבעית בגובה רב".
טאטום סימונסון, דוקטורט, מייסד ומנהל שותף של המרכז לגנומיקה פיזיולוגית של חמצן נמוך בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת קליפורניה
התאים שלנו צריכים חמצן כדי לשרוד. כשאין מספיק בסביבה, הגוף שלנו מייצר תאי דם אדומים נוספים, שמעבירים חמצן בכל הגוף. עם זאת, יותר מדי תאי דם אדומים יוצרים מצב מסוכן הנקרא אריתרוציטוזיס מוגזם (EE), שהופך את הדם לצמיג, מה שעלול להוביל לשבץ או אי ספיקת לב.
מחקריה הקודמים הראו כי טיבטים רבים תושבי הרים שנחשפו למצבים דלי חמצן נולדים עם מנגנונים מולדים המגינים עליהם מפני תוצאות גרועות בגובה רב, כולל ייצור יתר של תאי דם אדומים. חלק מכך נובע משינויים בתקנת ה EPAS1 גן, המוריד את ריכוזי ההמוגלובין על ידי ויסות המסלול המגיב לרמות החמצן המשתנות. התקדמות הגנטיקה הראתה שהטיבטים המודרניים קיבלו את היתרון הגנטי הזה מאבותיהם שהתערבבו עם בני אדם ארכאיים שחיו באסיה לפני עשרות אלפי שנים – היסטוריה אבולוציונית ייחודית המוגבלת לאוכלוסייה זו.
למחקר האחרון שלה, ד"ר סימונסון, שהיא גם יו"ר ג'ון ב. ווסט בפיזיולוגיה נשימתית ופרופסור חבר בחטיבה לרפואת ריאות, טיפול קריטי, רפואת שינה ופיזיולוגיה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת סן דייגו, התקרבה ל- EPAS1 אזור הגנום. היא והצוות שלה התמקדו במוטציה בגן שקיימת אצל אנשים מסוימים שחיים בהרי האנדים, אך נעדרת בכל שאר האוכלוסיות האנושיות. כאשר הם סרקו גנומים שלמים של האנדים, הם מצאו דפוס המקיף את הגרסה הזו המצביע על כך שהשינוי הגנטי, שמשנה רק חומצת אמינו בודדת במוצר החלבון, קרה במקרה, לאחרונה יחסית (מלפני 9,000 עד 13,000 שנים), והתפשט מאוד. במהירות במשך מאות דורות בתוך אוכלוסיית האנדים.
בדומה לטיבטים, ה EPAS1 הגן קשור לספירת תאי דם אדומים נמוכה יותר אצל בני האנדים המחזיקים בו. עם זאת, החוקרים הופתעו לגלות שהגרסה פועלת בצורה שונה לחלוטין מהגרסה הטיבטית של הגן; במקום לווסת את רמותיו, וריאנט האנדים משנה את המבנה הגנטי של החלבון, משנה את ה-DNA בכל תא בודד.
"לטיבטים יש, באופן כללי, ריכוז המוגלובין נמוך יותר בממוצע, והפיזיולוגיה שלהם עוסקת בחמצן נמוך באופן שאינו מעלה את תאי הדם האדומים שלהם לרמות גבוהות מדי. כעת יש לנו סימנים ראשונים לראיות לכך שגם בני האנדים הולכים במורד הנתיב הזה, מעורבים באותו גן, אבל עם שינוי בקידוד חלבון. האבולוציה עבדה בשתי האוכלוסיות הללו, על אותו גן, אבל בדרכים שונות", אמר סימונסון.
מחקר זה מדגים גישה עדכנית במחקר המחברת מטרות גנטיות של ברירה טבעית עם גנים מורכבים של מחלות; הבנה, למשל, כיצד שונות גנטית טבעית תורמת לתגובות אדפטיביות ובלתי מסתגלות לחמצן נמוך, כפי שמחקר זה מגלה.
במעבדה של סימונסון, זה אומר להבין אילו גנים למטרה במורד הזרם מופעלים בתגובה לחמצן נמוך, בין היתר. אמר סימונסון, "המאמר הזה מראה גן אחד הקשור לפנוטיפ מסוים אחד, אבל אנחנו חושבים שיש הרבה גנים ומרכיבים שונים של הובלת חמצן מעורבים. זה רק חלק אחד מהפאזל הזה, ויכול לספק לחוקרים מידע רלוונטי לאוכלוסיות אחרות".
סימונסון והצוות שלה עובדים עם אוכלוסיות לטיניות בסן דייגו ובאל סנטרו, קליפורניה, כמו גם בטיחואנה ואנסנדה, מקסיקו, לוקחים אותם לגבהים גבוהים ומתעדים את הנשימה שלהם כשהם ערים ושינה. הם מצליבים את הממצאים שלהם עם מסדי נתונים זמינים לציבור כדי לקבוע אם הממצאים שהם מצאו באנדים נמצאים גם בלטיניים מקומיים שעשויים לחלוק כמה גרסאות גנטיות עם האנדים.
"ברפואה מדוייקת, חשוב לזהות שונות ברקע הגנטי, במיוחד באוכלוסיות שלא נחקרו באופן היסטורי", אמר סימונסון. "אם נוכל למצוא כמה גורמים גנטיים משותפים באוכלוסיות בסביבה קיצונית, זה עשוי לעזור לנו להבין היבטים של בריאות ומחלות באותה קבוצה וקבוצות באופן מקומי יותר. בדרך זו, המחקר הזה שואף לדחוף את המחקר קדימה, ולכיוון התאמה אישית מקיפה. גישות רפואה במרפאות כאן בסן דייגו."
מחברי המחקר כוללים: Elijah S. Lawrence, Wanjun Gu, James J. Yu, Erica C. Heinrich, Katie A. O'Brien, Carlos A. Vasquez, Quinn T. Cowan, Patrick T. Bruck, Kysha Mercader , Mona Alotaibi, Tao Long, James E. Hall, Esteban A. Moya, Marco A. Bauk, Jennifer J. Reeves, Mitchell C. Kong, Rany M. Salem, Keolu P. Fox, Atul Malhotra, Frank L. Powel, מוהיט ג'יין ואלכסיס סי. קומור באוניברסיטת סן דייגו, ריאן ג'יי בוהלנדר, האו הו וצ'אד ד.הף באוניברסיטת טקסס MD Anderson Cancer Center, Cecilia Anza-Ramirez, Gustavo Vizcardo-Galindo, Jose-Luis Macarlupu, Rómulo Figueroa -Mujíca, Daniela Bermudez, Noemi Corante ופרנסיסקו C. Villafuerte ב-Universidad Peruana Cayetano Heredia, Eduardo Gaio ב-Universidad de Brasília, Veikko Salomaa ו-Aki S. Havulina במכון הפיני לבריאות ורווחה ואנדרו ג'יי מורי באוניברסיטת קיימברידג' וג'יאנפיירו. L. Cavalleri בקולג' המלכותי לכירורגים באירלנד.
מחקר זה מומן, בחלקו, על ידי המכון הלאומי לבריאות (מענקים R01HL145470 (TSS) ו-T32HL134632 (JEH)), פרס ה-Geographic Society Explorer ו-John B West Endowment in Respiratory Physiology (TSS), Wellcome Trust Award 107544/Z /15/Z (FCV), הסכם המענק של Marie Skłodowska-Curie מס' 890768 (KAO), המלגה הלאומית למדעים, הנדסה ורפואה פורד (CAV), מענק של קרן המדע הלאומי DGE-2038238 (PTB), תאגיד מחקר לקידום המדע באמצעות Cottrell Scholar Award 27502 (ACK), קרן המדע אירלנד 12/IP/1727 (GLC), הקרן הפינית למחקר קרדיווסקולרי וקרן Juho Vainio (VS), והאקדמיה של פינלנד (ASH).
