Voor een baby is het verteren van melk een fluitje van een cent. Maar hetzelfde kan niet gezegd worden van volwassenen. Baby's hebben het vermogen om de essentiële suiker van melk, lactose, te verteren, dankzij het enzym lactase, dat het opsplitst in twee kleinere suikers, glucose en galactose. Naarmate we ouder worden, stoppen veel mensen met het produceren van lactase en verliezen dit vermogen. Anderen niet.
gerelateerde inhoud
- Toen mensen voor het eerst melk kregen
- Verkleinen van vee met minivee
- Lactose-tolerantie en menselijke evolutie
Wetenschappers proberen al een tijdje het hoe, het wanneer en het waarom van lactosetolerantie bij mensen te ontcijferen. Mensen met lactosetolerantie (of lactasepersistentie, in wetenschappelijk opzicht) komen meestal uit Noord-Europa, het Midden-Oosten en Afrika. De algemene hypothese: bij sommige mensen ontstonden van nature nabij het gen voor lactase en bleven de productie van het enzym op volwassen leeftijd, en omdat er iets in de omgeving gaande was, hadden volwassenen met lactase een overlevingsvoordeel ten opzichte van de lactose-intolerantie. "Wat het ook was, het was echt, echt heilzaam omdat het zich snel verspreidde", legt Sarah Tishkoff, een geneticus aan de Universiteit van Pennsylvania in Philadelphia, uit.
Wetenschappers zijn het niet eens over wat de aanpassing in verschillende regio's heeft veroorzaakt, maar ze hebben een handvol mutaties geïdentificeerd die mogelijk verband houden met lactosetolerantie. Het is echter moeilijk te zeggen welke mutaties het belangrijkst zijn en hoeveel dat verschilt van regio tot regio.
Tishkoff en haar collega's hebben vandaag een nieuwe studie gepubliceerd in het American Journal of Human Genetics - de grootste studie van lactosetolerantie in heel Afrika vandaag - die een nieuwe stap zet in het identificeren van de meest relevante mutaties en aanwijzingen voor een evolutionaire oorzaak daarvan. Het werk bevestigde dat eerder geïdentificeerde genetische mutaties inderdaad zijn gekoppeld aan lactasepersistentie bij Afrikanen. Door aan te tonen dat deze genen in onevenredig hoge frequenties in Afrikaanse pastorale groepen verschijnen, plaatsen de bevindingen ook genetische gegevens achter het idee dat de domesticatie van dieren onlosmakelijk verbonden is met de verspreiding van lactose-tolerantie.
In 2007 vond het laboratorium van Tishkoff drie mutaties die ruwweg gecorreleerd waren met lactasepersistentie in kleinere groepen van Oost-Afrikanen, en andere groepen hebben andere mutaties gevonden die verband houden met lactasepersistentie in geselecteerde Afrikaanse populaties, zoals gemeenschappen in Ethiopië. Maar binnen deze studies, "zijn er mensen die melk kunnen verteren, die deze [mutaties] niet hebben", zegt Tishkoff, "dus dachten we dat er misschien iets anders was."
In hun nieuwe werk wilden de onderzoekers een bredere lens gebruiken om naar lactasepersistentie te kijken. Het team heeft bloedmonsters genomen en het DNA bepaald van 819 Afrikanen (die 63 verschillende populaties vertegenwoordigen) en 154 niet-Afrikanen (die negen populaties in Europa, het Midden-Oosten en Centraal- en Oost-Azië vertegenwoordigen). Ze concentreerden zich op drie regio's van het menselijke genoom in de buurt van het lactase-gen: een promotorregio (dat het gen in- of uitschakelt, waardoor lactaseproductie optreedt) en twee enhancer-regio's (betrokken bij het aanhouden van het gen of het verhogen van de productie van lactase ) . Toen ze deze regio's sequencen, vonden ze vijf mutaties waarvan bekend is dat ze geassocieerd zijn met lactasepersistentie, en hebben ze hun frequenties gemeten over alle verschillende populaties.
Sarah Tishkoff voert een lactosetolerantietest uit aan een groep Maasai-mensen in Tanzania. De test meet het vermogen om melk te verteren, een eigenschap die Tishkoff en andere onderzoekers koppelen aan de praktijk van pastoralisme. (Foto: Universiteit van Pennsylvania) Om de genetische gegevens te matchen met lactosetolerantie, moesten ze testen op de toestand in het veld, inclusief afgelegen gebieden in Afrika. Ze gaven de deelnemers zoete lactosepoeder overeenkomend met één tot twee liter melk. "Het smaakt een beetje naar oranje Cool-Aid", zegt Tishkoff.
Vervolgens gebruikten onderzoekers met behulp van een draagbare testset voor diabetes elke 20 minuten glucosebloedspiegels in de loop van een uur. Een toename van de bloedglucose betekende dat het lichaam lactose afbreekt. "Op basis daarvan kunnen we mensen categoriseren als tolerant, gedeeltelijk tolerant of intolerant", zegt Alessia Ranciaro, een onderzoekswetenschapper in het laboratorium van Tishkoff die het meeste veldwerk uitvoerde.
Door de genetische gegevens te vergelijken met veldgegevens, bevestigden ze het verband tussen de drie mutaties in het enhancer-gebied die ze eerder ontdekten en lactase-persistentie. Twee andere mutaties, een in de promotor en een in een enhancer-gebied, waren ook geassocieerd met lactase-persistentie, maar die komen minder vaak voor en zijn minder duidelijk in hun correlatie met de eigenschap.
Om een idee te krijgen van waar deze mutaties geografisch kunnen zijn ontstaan, keken ze naar mutatiepatronen (haplotypes genoemd) op de chromosomen van deelnemers waar de lactase-genen zich bevonden. Van verschillende haplotypes is bekend dat ze historisch in verschillende geografische regio's zijn ontstaan, dus door te kijken naar de correlatie tussen verschillende haplotypes in Afrika vandaag en de aanwezigheid of afwezigheid van mutaties in het lactase-gen, konden de onderzoekers de geografische spreiding van deze mutaties over Afrika.
De gegevens suggereren dat de verspreiding van de lactasemutaties samenviel met de verspreiding van mensen en veehouderij in Afrika. De evolutionaire geschiedenis van de mutaties komt overeen met bekende migratiepatronen en archeologisch bewijs voor het begin van de veehouderij, vonden de auteurs. In het bijzonder is een mutatie die zich vanuit het Midden-Oosten naar Noord-Afrika verspreidde, ongeveer 5.000 tot 12.300 jaar oud, waardoor deze ongeveer op dezelfde leeftijd is als de veehouderij in Noord-Afrika en het Midden-Oosten, die ongeveer 10.000 jaar geleden plaatsvond. Een andere variant, die voorkomt op het Arabische schiereiland, komt qua leeftijd overeen met archeologisch bewijs van kameel domesticatie in die regio ongeveer 5000 jaar geleden.
"Wanneer die groepen naar andere regio's migreren, brengen ze die mutatie met zich mee, en als ze met de lokale groep trouwen, wie ze ook tegenkomen, is het ook in hen voordelig, dus het zal ook in frequentie toenemen", zegt Tishkoff .
In een ander voorbeeld wordt aangenomen dat een specifieke mutatie die voorkomt in Tanzania, Kenia en Zuid-Afrika, slechts 2.700 tot 6.800 jaar oud is, gebaseerd op eerdere studies. Dat valt samen met de timing van herdersmigraties van Noord-Afrika naar Oost-Afrika. Hoe het opdook in zuidelijk Afrika is een beetje ingewikkelder, maar het kan iets te maken hebben met de verspreiding van de Bantu-bevolking in Oost-Afrika en hun vermenging met lokale herders terwijl ze naar het zuiden trokken.
Het is niet helemaal verrassend dat genetische varianten die de lactase-persistentie-eigenschap veroorzaken, in verband worden gebracht met pastoralisme. Wetenschappers hebben zelfs al lang van de associatie van de eigenschap geweten, merkt geneticus Dallas Swallow van University College London op. De nieuwe studie ondersteunt veel eerder werk, waaronder dat van haar. Maar "de correlatie met levensstijl [is] verre van absoluut", zegt ze.
Ranciaro en Tishkoff erkennen dat hun onderzoek niet alle vragen rond lactasepersistentie in Afrika beantwoordt. Geen vee hebben betekent niet noodzakelijkerwijs dat een populatie geen melk kan verteren of andersom. Bovendien lijkt het erop dat er nog andere niet-geïdentificeerde mutaties zijn betrokken bij de productie van lactase. Sommige leden van de jager-verzamelaar Hadza-mensen in Tanzania hebben bijvoorbeeld geen genetische sporen van lactase-persistentie, maar het lijkt erop dat sommige zonder problemen melk kunnen verteren.
Lactase kan ook een rol spelen bij het afbreken van eiwitten in planten, dus dat zou kunnen verklaren waarom sommige groepen die geen vee hebben, toch lactase als volwassenen kunnen produceren. Als alternatief hebben sommige onderzoekers de hypothese dat darmbacteriën mogelijk wat spijsverteringsmelk helpen wanneer ze de mutatie missen.
Wat betekent dit allemaal voor de gemiddelde melkdrinker? Als je van Afrikaanse afkomst bent, verklaart dit de evolutionaire reis achter je lactase-gerelateerde mutaties behoorlijk goed. In de droge omgevingen van Afrika is melk een belangrijke bron van vloeistof wanneer water schaars is, dus het evolutionaire voordeel van lactasepersistentie is duidelijk.
Maar als je van Europese afkomst bent - een andere regio met een traditie van veehouderij en gemeenschappelijke lactasepersistentie - blijft het verhaal een mysterie. Wetenschappers hebben verschillende theorieën voorgesteld voor de evolutionaire druk die de lactase-persistentie in heel Europa heeft gestimuleerd, maar het harde genetische bewijs moet nog worden ontdekt.
