A keményítő iránti szeretet megváltoztatta génjeinket (és nyálunkat)

Ön szabadon megoszthatja ezt a cikket az Attribution 4.0 International licenc alatt.

Egy új tanulmány tisztázza, hogy a keményítőre való törekvés miként vezérelheti az evolúciós alkalmazkodást az emlősökben.

A keményítő, egy komplex szénhidrát, sok emlős számára létfontosságú táplálékforrás. Az emberek rizs, búza, kukorica, burgonya és zab formájában gazdálkodnak. A patkányok fésülik szeméthalmunkat pizza és kenyér maradványaiért. Vaddisznók gyökere a gumókhoz.

A 46 emlősfajt magában foglaló kutatás az amiláz nevű biológiai vegyületre összpontosít, amelyet emberek és más állatok a keményítő lebontására állítanak elő.

A tanulmány megállapítja, hogy az emlősök evolúciója során a genetikai mechanizmus, amely megtanítja a testet az amiláz előállítására, valami kaméleon volt. Különböző vadállatokban különböző módon fejlődött, és képes gyorsan változni, adott esetben azzal összhangban, hogy az állatok mit esznek.

A tanulmány azt is kimutatta, hogy a keményítőtartalmú étrendű emlősöknél általában több az amiláz gén másolata, amely utasításokat tartalmaz az amiláz felépítésére, mint azoknál az emlősöknél, amelyek kevés keményítőt fogyasztanak (legalábbis a vizsgált fajok között).

A kutatás azt is bizonyítja, hogy az amilázzal kapcsolatos evolúciós változások - ideértve az amiláz gén duplikációit és a nyálban az amiláz termelésének képességét - egymástól függetlenül is előfordulhatnak egyes fajokban. Ezt a jelenséget konvergens evolúciónak hívják, és ez különösen hasznos alkalmazkodást jelez.

Összességében az eLife-ben végzett tanulmány színes képet fest az amiláz evolúciós történetéről az emlősökön keresztül, kezdve az emberektől, kutyáktól és házimacskáktól a sündisznókig és a gyűrűsfarkú makimajókig, valamint olyan páviánokkal, amelyek élelmiszert tárolnak az arcukban.

Annak tanulmányozásához, hogy mely állatok készítik az amilázt a nyálban, a tudósok apró lyukakat vertek egy keményítőtartalmú kocsonyás anyagba, és különböző lyukakkal töltötték meg a lyukakat. Az amilázt tartalmazó nyál lebontja a környező keményítőt, ami az itt látható kör alakú mintákhoz vezet. Nagyobb körök alakulnak ki, ha a nyál több amilázt tartalmaz. (Hitel: Douglas Levere/U. Buffalo)

Megváltoztatta-e a diéta a génjeinket?

„Az amiláz olyan eset, amikor az étrend megváltoztathatja a génjeinket. Ez lenyűgöző ”- mondja Omer Gokcumen, a Buffaloi Egyetem biológiai tudományok adjunktusa. "Az amiláz génben tapasztalható duplikációk nagyon rugalmas és gyors módot adnak a génfunkciók fejlődésére, és ezt az evolúciós mechanizmust alábecsülik."

"Korábbi tanulmányok feltárták az amiláz evolúcióját bizonyos fajokban, például emberekben és kutyákban, de kutatásunk tágabb perspektívát ölel fel" - mondja Stefan Ruhl, a szájbiológia professzora a Buffalo Fogorvostudományi Egyetem Egyetemén.

"Több tucat emlősfajt vizsgálunk meg az evolúciós fa különböző ágaiból, és azt látjuk, hogy amikor a nyálban lévő amilázról van szó, a genetika és a biológia reagálhat arra, amit eszünk."

Gokcumen, Ruhl és első szerző, Petar Pajic, szóbeli biológiai és biológiai tudományok kutatója vezette a tanulmányt.

Több szénhidrát

A keményítőtartalmú étrendű emlősök genetikailag úgy igazodtak, hogy több szénhidrátot gyomorba helyeznek: A vizsgálatban szereplő fajok közül azok, akik étrendjükben keményítőt tartalmaznak, általában több példányban tartalmazzák az amiláz gént, amely utasításokat tartalmaz az amiláz előállításához, mint az állatok, például a húsevők és növényevők, akiknek szigorú étrendje általában kizárja a keményítőt. A szénhidrátot csaló embereknek, házi egereknek, barna patkányoknak, kutyáknak, disznóknak és vaddisznóknak sok példányuk van, míg az emlősök, mint a hegyen élő oroszlánok, amelyek megélik a húst, és a sündisznók, amelyek olyan ételeket fogyasztanak, mint a rovarok és a csigák, kevés.

Ez azért fontos, mert a gén egy gyárban egy penészhez hasonlít: minél több egységed van, annál több amilázt tudsz elvileg előállítani. Ami az amiláz gén extra kópiáinak alakulását illeti: "Olyan, mint a csirke és a tojás - nem igazán tudjuk megmondani, mi volt az első" - mondja Ruhl. "Az étrendben lévő keményítő több amilázhoz vezethet, a keményítő emésztésének képessége pedig a keményítőbevitel növekedéséhez és így tovább."

Bizonyos esetekben az emberekkel való szoros kapcsolat - és az emberi táplálékhoz való hozzáférés - a keményítőhöz való alkalmazkodást okozhatta. A tanulmány megerősítette más csapatok korábbi megállapításait, amelyek azt mutatják, hogy az emberek mellett élő egerek és házi kutyák több példányban tartalmazzák az amiláz gént, mint vadon élő unokatestvéreik (farkasok, illetve vadon élő rágcsálók). A barna patkány (Rattus norvegicus) - egy faj, amelyet közönségesen utcai vagy csatorna patkánynak hívnak - szintén sok példányban tartalmazza az amiláz gént.

Kutya nyálas és egyéb köpések

A nyálban lévő amiláz szélesebb körben elterjedt, mint korábban ismert volt (néhány kedvtelésből tartott kutya például előállítja): A legtöbb amiláz a hasnyálmirigyben termelődik, de néhány állat a nyálban is elválasztja. Az új kutatás megállapítja, hogy ez a képesség gyakoribb, mint korábban ismert, és a nyál amilázt javasolja egy másik adaptációként, amely egyes fajok konvergens evolúciója révén keletkezhetett.

Amikor a tudósok 22 emlősfaj nyáladzásában tesztelték az amilázt, 15 fajban találtak rá, köztük hat olyan fajra, amelyekről korábban nem ismert, hogy amiláz lenne a nyálban. Talán nem meglepő, hogy a páviánok és a rhesus makákók, amelyek hosszú ideig tárolják az ételt az arczacskókban, a vizsgált emlősök között a nyálamiláz legtermékenyebb termelői voltak.

A kedvtelésből tartott kutyák az újonnan nyálamiláz-termelőként azonosított fajok közé tartoztak. Noha nem minden kutyánál van amiláz, a kutatás több fajtában is megtalálta, például angol krémarany retrieverekben, labradorokban és pitbullokban.

"Ez a tanulmány a mai napig a legátfogóbb képet nyújtja arról, hogy az amiláz hogyan alakult az emlősök vonalában mind genetikai, mind pedig a nyál fehérje-expressziójának szintjén" - mondja Pajic. "Egy tágabb elméleti álláspontból az is kiderül, hogy az evolúció milyen gyorsan történhet meg, és hogy valami egyszerű, például az elfogyasztott ételek arra ösztönözhetik az egyébként nem rokon fajokat, hogy hasonlóan fejlődjenek."

Édes, édes keményítő

Azoknál az állatoknál, akik nem tárolnak ételt az arcukon, az amiláz nyálban való evolúciós előnye nem egyértelmű. De Ruhl szerint az egyik elmélet az, hogy segít az állatoknak és az embereknek a keményítőtartalmú ételeket úgy azonosítani, mint amelyeket kívánatos enni.

- Az embereknek sok nyálamilázuk van, de miért? mondja. „Eltérően azoktól a páviánoktól, akik ételt készítenek elő az orcájukba, mi, emberek, nem tartjuk elég hosszú ideig az ételt a szánkban ahhoz, hogy bármilyen jelentős emésztés megtörténjen. Az egyik elképzelés az, hogy a nyálamiláz azért fejlődött ki, hogy elődeinknek segítsen felismerni a keményítőt: másképp nem tudnák megkóstolni. Az amiláz felszabadítja a keményítőben lévő cukrot, és ez segíthet az állatokban a keményítőben gazdag ételek, például a burgonya vagy a kukorica ízlésének kialakításában. "

A feltételezett nyálamiláz-célok közé tartozik a ragacsos keményítőmaradványok tisztítása a fogakból: „A nyálban lévő amiláz úgy viselkedhet, mint egyfajta biokémiai fogkefe, amelyet a természet biztosított számunkra” - mondja Ruhl. „Ez segíthet a szóbeli mikrobiom összetételének szabályozásában.”

További kutatók a Buffaloi Egyetemen, a Görögországi Kutatási és Technológiai Alapítványban, a SUNY Plattsburgh-ben, a Cornell Egyetemen és a németországi Friedrich-Loeffler-Institutban járultak hozzá a munkához, amelyet a Nemzeti Fogorvosi és Arc- és Arckutatási Intézet finanszírozott.