У високогірних районах аргентинських Анд люди протягом тисячоліть пили воду, яка для більшості населення світу була б смертельно небезпечною. Як повідомляє ScienceAlert, у мешканців одного з таких регіонів природний добір, схоже, сприяв появі незвичної генетичної переваги, що допомагає безпечніше метаболізувати миш’як.
У вулканічних породах Пуна-де-Атакама природно міститься миш’як, який вимивається у підземні води й забруднює місцеві джерела. Концентрації цього токсичного металоїда тут сягають рівнів, що для більшості людей пов’язані з високими ризиками раку, уражень шкіри, ускладнень вагітності та передчасної смерті.
Небезпечна вода і дивовижна витривалість
Всесвітня організація охорони здоров’я рекомендує обмеження для миш’яку в питній воді на рівні 10 мікрограмів на літр. До встановлення системи фільтрації у 2012 році у віддаленому високогірному містечку Сан-Антоніо-де-лос-Кобрес у північній Аргентині вода містила близько 200 мікрограмів миш’яку на літр — приблизно у 20 разів більше за рекомендовану межу.
Попри це, плато Пуна-де-Атакама заселене щонайменше 7 000 років, а можливо, й до 11 000 років. Така стійкість до небезпечних концентрацій миш’яку довго залишалася загадкою для науковців.
Ще у 1995 році дослідники помітили, що жінки з аргентинських Анд мають «унікальну» здатність переробляти миш’як: аналіз сечі показав незвичний набір його метаболітів. Це натякало на особливу ефективність їхнього організму у знешкодженні токсину.
Як організм перетворює миш’як
Потрапляючи в організм, миш’як проходить кілька стадій хімічних перетворень під дією ферментів. Один із проміжних продуктів — моно-метильований миш’як (MMA) — особливо токсичний. Натомість пізніша форма, ди-метильований миш’як (DMA), легше виводиться із сечею.
У мешканців Сан-Антоніо-де-лос-Кобрес виявили менше токсичного проміжного MMA та більше кінцевого DMA. Це свідчить, що їхній організм незвично ефективно «перескакує» небезпечну стадію й швидше переводить миш’як у форму, придатну для виведення.
Пошук відповіді в генах
Зацікавившись цим феноменом, еволюційні біологи Каріна Шлебуш (Carina Schlebusch) та Люсі Гаттепайє (Lucie Gattepaille) з Уппсальського університету з колегами вирішили з’ясувати, що відбувається на генетичному рівні. Вони проаналізували ДНК 124 жінок із Сан-Антоніо-де-лос-Кобрес, у яких у сечі фіксували широкий діапазон рівнів метаболітів миш’яку.
Команда дослідила мільйони генетичних маркерів по всьому геному, а потім порівняла результати з відкритими даними про геноми людей з Перу та Колумбії з міжнародного проєкту 1000 Genomes. Це дозволило з’ясувати, чи є виявлені варіанти унікальними для аргентинської популяції.
Попередні роботи вказували, що важливу роль у метаболізмі миш’яку відіграє фермент арсеніт-метилтрансфераза AS3MT (arsenic (+3 oxidation state) methyltransferase). Тому дослідники зосередили увагу саме на ділянці геному поблизу гена AS3MT.
Вони виявили кластер генетичних варіантів поруч із AS3MT, які сильно впливали на те, як організм переробляє миш’як. Ці варіанти значно частіше траплялися у мешканців Сан-Антоніо-де-лос-Кобрес, ніж у генетично подібних популяцій Перу та Колумбії.
На думку авторів, саме адаптація до постійного впливу миш’яку, ймовірно, підвищила частоту «захисних» варіантів AS3MT. У статті 2015 року вони зазначили, що це може бути першим переконливим прикладом еволюційної адаптації людини до токсичної хімічної речовини в довкіллі.
Генетичні підказки з інших регіонів
Подальші дослідження показують, що історія не обмежується лише Андами. У роботі науковців з Університету Чикаго, які проаналізували понад 6 500 дорослих з Бангладеш, що зазнають впливу миш’яку, виявили ще два кластери генів — FMO та GSTO. Вони також впливають на ефективність метаболізму миш’яку, доповнюючи дію варіантів AS3MT.
Ці варіанти, за даними дослідження, роблять організм ефективнішим у перетворенні миш’яку на форми, які легше вивести із сечею, зменшуючи накопичення найтоксичніших проміжних сполук. Це добре узгоджується з попередніми спостереженнями за складом миш’якових метаболітів у сечі мешканців Анд.
Інші роботи вказують, що подібні генетичні сигнали можуть з’являтися й в інших андійських популяціях, які протягом багатьох поколінь живуть із підвищеним вмістом миш’яку у воді. Це підтримує ідею, що тривала експозиція здатна спрямовувати природний добір у бік підвищеної толерантності до токсину, і натякає, що така адаптація може бути поширенішою в регіоні, ніж вважалося.
З огляду на тяжкі наслідки отруєння миш’яком для дітей і дорослих, носії «миш’якостійкого» гаплотипу, як пишуть дослідники, можуть мати дуже сильну селективну перевагу в середовищах з високим рівнем миш’яку. Робота була опублікована в журналі Molecular Biology and Evolution.