Генетики из Корнеллского университета (США) совместно с антропологами из Гарварда провели широкомасштабный анализ распространенности разных генетических вариантов, определяющих синтез омега-ненасыщенных жирных кислот, у древних и современных европейцев.
Если древним охотникам и собирателям эти гены были не особо нужны, и отбор благоприятствовал распространению «слабых» вариантов ферментов, то с распространением земледелия и переходом на растительную пищу, «сильные» варианты у европейцев стали преобладать. Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.
Диета всегда была тесно связана с эволюцией наших предков. Один из самых известных и достаточно близких к нам по временной шкале примеров — это мутации в гене лактазы, которые позволили скотоводам употреблять молоко во взрослом возрасте, и возникли независимо в разных популяциях. Оказалось, что важное адаптивное преимущество несет в себе также способность в достаточном количестве синтезировать омега-ненасыщенные жирные кислоты. Эти вещества необходимы человеку для правильного развития нервной и иммунной системы. Их источником являются продукты животного происхождения, особенно мясо и рыба. Растительная диета не обеспечивает поступления этих компонентов в нужном количестве.
У человека есть ферменты, необходимые для образования омега-3 и омега-6 ненасыщенных жирных кислот из более коротких предшественников, которые можно получить из растительной пищи. Эти ферменты закодированы генами FADS1,2,3, которые находятся в одном генетическом локусе размером около 85 тысяч пар оснований. Ранее генетики уже отмечали, что этот локус подвержен положительному естественному отбору в некоторых популяциях. Американские генетики в новом широкомасштабном исследовании решили проследить судьбу разных аллелей (вариантов) этого локуса у древних охотников и собирателей, которые жили на территории Европы до Неолитической революции, и представителей последующих популяций, включая обширную когорту современных европейцев.
Неолитическая революция в Европе стартовала около 8,5 тысяч лет назад и ознаменовалась распространением фермерства. Как мы писали ранее, фермерство, по всей видимости, было принесено в Европу выходцами с Ближнего Востока. Последствием этого события стала коренная смена диеты с рыбно-мясной на растительную с добавлением молочных продуктов. Ученые выяснили, как смена диеты повлияла на способность самостоятельно синтезировать ненасыщенные жирные кислоты, которых с приходом фермерства в пище стало не хватать.
Проанализировав распространенность множества полиморфизмов в локусе FADS в различных популяциях, ученые выделили пять основных гаплотипов, то есть групп сцепленно наследующихся вариантов. Для анализа были взяты данные из открытых баз данных, в том числе базы данных проекта «Тысяча геномов», в рамках которого молекулярные биологи определяют полную последовательность геномов людей разных национальностей. Гаплотипы, обозначенные как D и М2, соответствуют противоположным вариантам проявления генов FADS — D определяет высокий уровень экспрессии генов FADS, то есть «сильный» вариант фермента, а M2 — низкий уровень экспрессии, то есть «слабый» вариант фермента.
Оказалось, что приход в Европу фермерства сменил тенденцию распространения способности к самостоятельному синтезу омега-ненасыщенных жирных кислот на прямо противоположную. Среди древних охотников и собирателей положительный отбор действовал на гаплотип M2, увеличив его распространенность в два раза с 29 до 56 процентов за период от 30 до 7,5 тысяч лет назад. В то же время, распространенность гаплотипа D упала с 35 процентов до нуля. С приходом в Европу фермеров распространенность гаплотипа D стала расти и к сегодняшнему дню достигла 63 процентов. Частота M2 при этом упала до 10 процентов.
Проанализировав выборки, принадлежащие к вне-европейским популяциям, генетики обнаружили, что в Южной Азии гаплотип D обнаруживается у 82 процентов населения, а у эскимосов отсутствует. У представителей разных современных европейских народностей способность синтезировать необходимые компоненты также варьирует географически, что хорошо согласуется с диетой (по крайней мере, распространенной относительно недавно до продуктовой глобализации). На севере, где люди ели довольно много рыбы, представленность «сильного» варианта фермента ниже, чем на юге, где жители полагались преимущественно на земледелие.
Помимо способности обходиться растительной пищей, «сильные» варианты генов FADS оказались ассоциированы с некоторой пользой для здоровья, в частности, со снижением предрасположенности к воспалительным заболеваниям кишечника и биполярному расстройству. Интересно, что эволюция препятствовала поступлению в организм ненасыщенных жирных кислот, увеличивая распространенность «слабых» аллелей у мясоедов — вероятно, избыток этих компонентов был чем-то вреден. Взаимосвязь генетики с пищевыми предпочтениями не только отражает непрекращающийся эволюционный процесс, который идет в человеческих популяциях. Также она представляет практическую пользу для набирающей популярность персонифицированной медицины, которая может подобрать индивидуальное лечение, диету и образ жизни в целом для человека, исходя из последовательности его ДНК. Локус FADS является хорошим примером такого случая.
Синтез жирных кислот не в первый раз оказывается в поле внимания генетиков. В начале года мы уже писали о полиморфизме в гене FADS2, который оказался распространен среди жителей Индии, придерживающихся вегетарианской диеты.
Автор: Дарья Спасская