אם אי פעם נאבקת להפחית את צריכת הפחמימות שלך, ייתכן שה-DNA העתיק הוא האשם.
זה זמן רב ידוע שבני אדם נושאים עותקים מרובים של גן המאפשר לנו להתחיל לפרק עמילן פחמימות מורכב בפה, מה שמספק את הצעד הראשון בחילוף החומרים של מזונות עמילניים כמו לחם ופסטה. עם זאת, ידוע לשמצה קשה לחוקרים לקבוע כיצד ומתי התרחב מספר הגנים הללו.
כעת, מחקר חדש בראשות אוניברסיטת באפלו ומעבדת ג'קסון (JAX), חושף כיצד שכפול הגן הזה -; הידוע כגן עמילאז הרוק (AMY1) -; אולי לא רק עזר לעצב את ההסתגלות האנושית למזון עמילני, אלא אולי התרחש כבר לפני יותר מ-800,000 שנים, הרבה לפני הופעת החקלאות.
דווח היום בגיליון מקוון מתקדם של 17 באוקטובר של מַדָע, המחקר בסופו של דבר מציג כיצד שכפולים מוקדמים של גן זה מכינים את הבמה לשונות הגנטית הרחבה שעדיין קיימת היום, ומשפיעה על האופן שבו בני אדם מעכלים מזון עמילני.
הרעיון הוא שככל שיש לך יותר גני עמילאז, כך תוכל לייצר יותר עמילאז וכך תוכל לעכל יותר עמילן ביעילות".
עומר גוקקומן, דוקטורט, מחבר המחקר המקביל, פרופסור במחלקה למדעי הביולוגיה, במכללת UB לאמנויות ומדעים
עמילאז, מסבירים החוקרים, הוא אנזים שלא רק מפרק עמילן לגלוקוז, אלא גם נותן ללחם את הטעם שלו.
Gokcumen ועמיתיו, כולל מחבר בכיר, צ'ארלס לי, פרופסור ויו"ר משפחת רוברט אלווין ב-JAX, השתמשו במיפוי גנום אופטי וברצף קריאה ארוך, פריצת דרך מתודולוגית חיונית למיפוי אזור הגן AMY1 בפירוט יוצא דופן. שיטות רצף מסורתיות לקריאה קצרה נאבקות להבחין במדויק בין עותקי גנים באזור זה בשל הרצף הכמעט זהה שלהם. עם זאת, רצף קריאה ממושך אפשר לגוקקומן ולי להתגבר על האתגר הזה בבני אדם של ימינו, וסיפק תמונה ברורה יותר כיצד התפתחו כפילות AMY1.
לציידים-לקטים עתיקים ואפילו לניאנדרטלים היו כבר מספר עותקים של AMY1
בניתוח הגנום של 68 בני אדם קדומים, כולל דגימה בת 45,000 שנה מסיביר, צוות המחקר מצא שלציידים-לקטים טרום-חקלאיים כבר היו בממוצע ארבעה עד שמונה עותקי AMY1 לתא דיפלואידי, מה שמרמז על כך שבני אדם כבר הלכו. ברחבי אירואסיה עם מגוון רחב של מספרי עותקים גבוהים של AMY1 הרבה לפני שהם התחילו לביית צמחים ולאכול כמויות עודפות של עמילן.
המחקר מצא גם שכפולים של גן AMY1 התרחשו אצל ניאנדרטלים ודניסובנים.
"זה מרמז שייתכן שהגן AMY1 הוכפל לראשונה לפני יותר מ-800,000 שנה, הרבה לפני שבני האדם התפצלו מהניאנדרטלים והרבה יותר אחורה ממה שחשבו בעבר", אומר קוונדו קים, אחד הכותבים הראשיים של מחקר זה ממעבדת לי ב-JAX .
"הכפילויות הראשוניות בגנום שלנו הניחו את הבסיס לשונות משמעותית באזור העמילאז, ואפשרו לבני אדם להסתגל לתזונה משתנית כאשר צריכת העמילן עלתה באופן דרמטי עם הופעתן של טכנולוגיות ואורחות חיים חדשים", מוסיף גוקקומן.
זרעי השונות הגנטית
השכפול הראשוני של AMY1 היה כמו אדווה ראשונה בבריכה, ויצר הזדמנות גנטית שעיצבה מאוחר יותר את המין שלנו. כאשר בני אדם התפשטו על פני סביבות שונות, הגמישות במספר עותקי AMY1 סיפקה יתרון להסתגלות לתזונה חדשה, במיוחד לאלו העשירות בעמילן.
"בעקבות השכפול הראשוני, שהוביל לשלושה עותקי AMY1 בתא, מיקום העמילאז הפך לא יציב והחל ליצור וריאציות חדשות", אומרת Charikleia Karageorgiou, אחת הכותבות הראשיות של המחקר ב-UB. "משלושה עותקים של AMY1, אתה יכול להגיע עד תשעה עותקים, או אפילו לחזור לעותק אחד לכל תא הפלואידי."
המורשת המסובכת של החקלאות
המחקר גם מדגיש כיצד החקלאות השפיעה על וריאציה של AMY1. בעוד שלציידים-לקטים המוקדמים היו עותקי גנים מרובים, חקלאים אירופאים ראו עלייה במספר הממוצע של עותקי AMY1 במהלך 4,000 השנים האחרונות, ככל הנראה בגלל התזונה העשירה שלהם בעמילן. מחקרים קודמים של גוקקומן הראו שלבעלי חיים מבויתים החיים לצד בני אדם, כמו כלבים וחזירים, יש גם מספר העתקות של גן עמילאז גבוה יותר בהשוואה לבעלי חיים שאינם מסתמכים על תזונה עתירת עמילן.
"אנשים עם מספרי עותקים גבוהים יותר של AMY1 היו ככל הנראה מעכלים עמילן ביעילות רבה יותר והביאו יותר צאצאים", אומר גוקקומן. "השושלות שלהם הצליחו בסופו של דבר טוב יותר לאורך זמן אבולוציוני ארוך מאלו עם מספרי העתקות נמוכים יותר, והפיצו את מספרם של AMY1 עותקים."
הממצאים עקובים אחר מחקר בהובלת אוניברסיטת קליפורניה בברקלי שפורסם בחודש שעבר ב-Nature, שמצא שבני אדם באירופה הרחיבו את המספר הממוצע של עותקי AMY1 מארבעה לשבעה במהלך 12,000 השנים האחרונות.
"בהתחשב בתפקיד המפתח של וריאציה במספר העתקים של AMY1 באבולוציה האנושית, וריאציה גנטית זו מהווה הזדמנות מרגשת לחקור את השפעתה על בריאות חילוף החומרים ולחשוף את המנגנונים המעורבים בעיכול עמילן ובמטבוליזם של גלוקוז", אומרת פייזה אילמז, מדען חישוב עמית ב- JAX ומחבר ראשי של המחקר. "מחקר עתידי יכול לחשוף את השפעותיו המדויקות ותזמון הבחירה, לספק תובנות קריטיות לגבי גנטיקה, תזונה ובריאות."
מחברי UB אחרים במחקר כוללים את תלמידי הדוקטורט Petar Pajic וקנדרה Scheer.
המחקר היה בשיתוף פעולה עם מרכז הבריאות של אוניברסיטת קונטיקט ונתמך על ידי הקרן הלאומית למדע והמכון הלאומי לחקר הגנום האנושי, המכונים הלאומיים לבריאות.
