Evolúció: keményítőből és nyárból

,

  1. Calgary Egyetem, Kanada;

  • 1. idézett
  • Megtekintések: 7,577
  • Kommentárok Megjegyzések megnyitása. Az ezen az oldalon található aktuális kommentárok száma kiszámításra kerül .
  • Cikk
  • Ábrák és adatok
  • Absztrakt
  • Fő szöveg
  • Hivatkozások
  • Cikk és szerző információ
  • Metrikák

Absztrakt

Az emberek mellett élő állatok többszörös példányban tartalmazzák az alfa-amiláz, a keményítőtartalmú ételeket lebontó enzim génjét, és a nyálban magas a fehérje szintje.

Fő szöveg

A rizs, a kenyér és a burgonya csak néhány a keményítőtartalmú ételek közül, amelyekre számos emberi populáció támaszkodik mindennapi életében. Valójában a keményítők valószínűleg már régóta az étrendünk részét képezik. Keményítő maradványokat találtak a főzőkamrákban 120 000 évvel ezelőtt, amikor a szaharai sivatagot még buja növényzet borította, és a gabonafélék voltak az első háziasított és tenyésztett növények (Larbey et al., 2019; Simmons, 2011). A keményítővel való szoros kapcsolat óhatatlanul rányomta bélyegét génjeinkre.

A keményítő sok, egymáshoz kapcsolódó cukormolekulából áll, ezért kisebb darabokra kell vágni, hogy felszívódjanak a véráramunkba: a feldarabolási folyamatot az alfa-amiláz nevű enzim vezérli. Ezt a fehérjét kódolja a AMY géncsalád, és néhány fajban, például az emberben, mind a hasnyálmirigyben, mind a nyálban fejeződik ki.

A modern ember abban különbözik a többi prímástól, sőt a korai emberek más fajaitól is, hogy hány példányban vannak AMY génjeink vannak. Ellentétben a neandervölgyiekkel és a denisovánokkal, akiknek csak két diploid példányuk volt, a AMY1 gén, amely nyálamilázt termel. Valójában bizonyítékok vannak arra, hogy ezt a gént már a középső pleisztocénig szelektálták, amikor a modern emberek megjelentek (Inchley et al., 2016). Ez azt sugallhatja, hogy származásunk speciális adaptációkat fejlesztett ki a keményítőben gazdag ételek megemésztésére, hangsúlyozva ezen alaptételek hosszú és folyamatos jelentőségét étrendünkben (Hardy et al., 2015).

Számos tanulmány azt találta, hogy minél magasabb az AMY1 génmásolatok, annál több amiláz fehérje expresszálódik a nyálban (Perry et al., 2007; Carpenter et al., 2017). Ez befolyásolhatja a keményítőtartalmú ételek emésztését, de azt is, hogy hogyan érzékelhetjük őket. Valóban, mivel a nyálban lévő amiláz lebontja a keményítőt a szájban, édes ízt bocsát ki, amelyet felismerhetünk (Mandel et al., 2010; Mandel és Breslin, 2012).

Természetesen az emberek abban különböznek, hogy mennyi keményítőt fogyasztanak; Feltűnő, hogy azok a populációk, amelyeknél nagyobb az amiláz gén kópiaszám, és több amiláz van a nyálukban, hajlamosak több keményítőt fogyasztani (Perry et al., 2007; Inchley et al., 2016). Hasonló minta található a farkasokban és háziasított párjukban, a kutyában. Míg a farkasoknak az amiláz génnek csak két diploid kópiája van, addig a kutyáknak sokuk van, emellett hasnyálmirigyükben magasabb az amiláz expresszió és aktivitás (Axelsson et al., 2013). Ahogy a farkasok kutyává váltak, viselkedésük és megjelenésük megváltozott, de alkalmazkodtak egy új, keményítőben gazdag táplálékforráshoz is: az emberi táplálék maradékaihoz (1A, B ábra).

elife

Kapcsolatok az emberhez való közelség, az amiláz gén kópiaszám és az amiláz aktivitás között.

Az emberek mellett élő állatok étrendje eltér a vadon élő rokonokétól, és ezek a különbségek étrendi adaptációhoz vezettek. Míg a farkasok (A) nagyon húsevők, a kutyák (B) alkalmazkodtak keményítőtartalmú emberi ételmaradékok fogyasztásához. (C) Pajic és mtsai. megállapította, hogy a közepes vagy nagy mennyiségű keményítőt fogyasztó fajok amilázaktivitása magasabb a nyálukban (gesztenyebarna vonal) és több amiláz gén kópia (kék vonal), mint azoknál a fajoknál, amelyek kevés vagy egyáltalán nem fogyasztanak keményítőt.

Kép jóváírása: A. NPS Photo/Ken Conger (CC BY 2.0); B. Mareike Janiak (CC BY 4.0)

Az eLife-ben Stefan Ruhl és Omer Gokcumen, a Buffaloi Egyetem és munkatársai, köztük első szerzőként Petar Pajic, arról számolnak be, hogy az emberek mellett nem csak a kutyák élnek, akik alkalmazkodtak több keményítő elfogyasztásához (Pajic et al., 2019 ). A csapat adatokat gyűjtött az amiláz gén kópiaszámáról és a nyál amiláz aktivitásáról különböző emlősök köréből, amelyek közül sokat még soha nem mértek. Több faj esetében mind a vad, mind a háziasított (vagy legalábbis kommensális) fajtákat mintázták, például farkasokat és kutyákat, vad és házi (vagy utcai) egereket és patkányokat, valamint kanokat és sertéseket.

Az elemzések azt mutatják, hogy az emberrel közvetlen közelében élő fajokban az amiláz gének több példányban vannak, mint vad rokonaikban, valamint a nyálukban magasabb az amiláz aktivitás. Ez még azoknál a fajoknál is érvényes, amelyek „természetes” étrendje már elég sok keményítőt tartalmazott, például az egerek. A vadon élő szarvas egerekhez képest a házi egereknek még több amiláz génje és aktivitása van, valószínűleg a sok keményítőtartalmú étel miatt (akaratlanul is).

Az eredmények új betekintést nyújtanak arra is, hogy a kópiaszám-variációk hogyan befolyásolhatják az amiláz aktivitását a nyálban. Míg az amiláz gének száma szinte lineárisan növekszik a keményítőfogyasztással, a köztes vagy magas keményítőfogyasztású fajok nyálában nincs különbség az amilázaktivitásban. Mindkettőnek sokkal több az amilázja a nyálában, mint a nagyon kevés vagy egyáltalán nem tartalmazó keményítőfajták esetében, de a magas keményítőfogyasztású fajoknál az amiláz gén további példányai nem úgy tűnik, hogy nagyobb mennyiségű nyálenzimre utalnának (1C. Ábra). Hasonlóképpen, egyes olyan fajoknál, amelyek nyálában nagyon magas az amiláz aktivitás, például a páviánokban vagy a makákókban, az amiláz gén kópiák száma nem nő meg megfelelő mértékben. Ezeknek a váratlan eredményeknek ösztönözniük kell a nyálamiláz aktivitását befolyásoló egyéb mechanizmusok kutatását. A vizsgálat másik lehetősége lehet az enzim hasnyálmirigy-aktivitásának vizsgálata. Pajic et al. - akik Görögországban, Németországban és több amerikai egyesült államokbeli székhellyel rendelkeznek - csak a nyál amilázt mérték, de az enzim a hasnyálmirigyben is termelődik: például itt a kutyák sok amiláz gén kópiájukat amiláz aktivitássá alakítják át (Axelsson et al., 2013).

Az emberek alkalmazkodtak az új élelmiszerek, például a tej és a gabonafélék hatékony emésztéséhez (Janiak, 2016), de táplálkozási szokásaink és a keményítőtartalmú szénhidrátok iránti szeretetünk is formálhatta a köztünk élő állatokat. Pajic et al. ezért szemléltesse, hogy viselkedésünk milyen hatással van a környezetünkre.