AAunque los humanos pueden producir tanto como 1,5 litros de saliva Todos los días, la mayoría de la gente no piensa dos veces en la saliva. Pero la saliva (y más específicamente las proteínas que contiene) tiene una relación importante, aunque aún no comprendida del todo, con los patógenos y con las moléculas biológicas ricas en energía de los alimentos. Como tal, dijo Omer Gokcumenantropólogo evolutivo de la Universidad de Buffalo, “en realidad es un semillero de evolución”.
Un ejemplo de la rareza evolutiva de la saliva es el AMY1 gen, que codifica una proteína salival que digiere el almidón llamada amilasa. Hace millones de años, un ancestro común de humanos y chimpancés tenía sólo una copia de AMY1 por cromosoma, o dos por célula diploide. Desde entonces, AMY1 se ha ido un poco de control: los humanos modernos pueden tener cualquier cosa entre dos y 17 copias.1 “Esto es casi inaudito para una región funcional”, dijo Gokcumen. “Ese tipo de variación sólo se ve en regiones donde [the DNA] no hace nada.” Además, dijo Gokcumen, cuando un gen se duplica y permanece intacto, a menudo sufre una neofuncionalización, adquiriendo mutaciones gradualmente hasta que puede realizar una nueva función. Sin embargo, AMY1 permanece esencialmente igual sin importar cuántas veces se duplique.
Durante los últimos años, Gokcumen y su equipo han estado explorando cómo, cuándo y por qué AMY1 variación del número de copias. en un nuevo análisis genómico de humanos modernos y arcaicos publicado en Ciencialos investigadores reconstruyeron esta región con mayor detalle en una variedad de individuos, proporcionando nuevos conocimientos sobre los mecanismos mutacionales en juego y reescribiendo la línea de tiempo de AMY1 expansión.2
Históricamente, la similitud entre AMY1 copias ha hecho que este tramo del genoma sea difícil de mapear con técnicas tradicionales de secuenciación de lectura corta, como la secuenciación por síntesis, que mapea fragmentos de ADN que tienen entre 50 y 300 pares de bases de largo. Gokcumen compara este enfoque con armar el rompecabezas de una pintura abstracta: una tarea que es casi imposible cuando hay muchas piezas pequeñas, pero mucho más fácil si hay relativamente pocas piezas más grandes. En este estudio, los investigadores utilizaron métodos de secuenciación de lectura larga desarrollados más recientemente, que pueden secuenciar secciones de ADN de decenas de miles de pares de bases, para mapear esta región del genoma con precisión a nivel de nucleótidos.
Este estudio ha arrojado luz sobre los mecanismos que impulsan el desarrollo de esta rareza genómica: islas de secuencias similares dentro de la región del genoma que codifica esta proteína salival aumentan la probabilidad de que la célula cometa un error al recombinar cromosomas durante la meiosis, el proceso de mezclar cromosomas maternos y paternos para crear una población de óvulos o espermatozoides genéticamente diversos dentro de un solo individuo. Este tipo de error, llamado recombinación homóloga no alélica, puede resultar en duplicaciones o eliminaciones genéticas, y probablemente sea la base de la amplia gama de copias genéticas observadas entre individuos.
La investigación de Gokcumen también ha proporcionado nuevos conocimientos sobre cuándo exactamente en la historia de la humanidad AMY1 comenzó a duplicar. Las dietas humanas comenzaron a cambiar hacia alimentos ricos en almidón hace unos 12.000 años con la llegada de la agricultura, pero el trabajo de Gokcumen sugiere que las duplicaciones se originaron mucho antes. Al analizar conjuntos de datos públicos, su equipo encontró evidencia de que los homínidos antiguos, como los neandertales y los denisovanos, también habían aumentado AMY1 copiar números; Los investigadores sugieren que es posible que hayan evolucionado múltiples copias ya hace 800.000 años. Esto es paralelo a otras líneas de evidencia que indican que primeros humanos consumían al menos algo de almidón, en forma de plantas silvestres, en la época preagrícola.3
La transición hacia la agricultura sigue ligada a AMY1 expansión, sin embargo. En comparación con los genomas europeos preagrícolas, los genomas de los individuos que vivieron después de que la agricultura se volviera omnipresente en toda Europa generalmente tenían más copias del genoma. AMY1 gene. Hay más pruebas de que la dieta está relacionada con estos cambios genómicos. A medida que la dieta humana se volvió más rica en almidón, también lo hizo la dieta de los animales estrechamente asociados con los humanos: los perros, los cerdos, los ratones y las ratas evolucionaron de forma independiente. múltiples copias de genes que codifican amilasa.4
Todo esto sugiere que tener más AMY1 copias es beneficioso para los mamíferos que consumen mucho almidón, pero, curiosamente, los científicos aún no han determinado exactamente cómo múltiples copias de un gen de amilasa salival podrían conferir una ventaja evolutiva. “Si no tienes amilasa salival, en teoría aún puedes comer pan sin ningún problema”, afirma Gokcumen. “Aún puedes digerirlo, aún obtienes las calorías”. Esto es gracias a AMY2un gen expresado en el páncreas: esta versión de amilasa se secreta en el intestino delgado, donde ocurre la mayor parte de la digestión del almidón.
“Entonces, ahora la pregunta es: ¿Qué pasa con la amilasa salival?” Gokcumen dijo que hay varias hipótesis. La primera, y tal vez la más citada, es que dar un impulso a la digestión puede permitir a las personas extraer más calorías de los almidones que consumen, pero esto nunca se ha probado de manera concluyente y las investigaciones sobre la asociación de AMY1 número de copia con la obesidad ha producido resultados mixtos.5
También es posible que los beneficios de la amilasa salival se confieren a través del gusto, en lugar de la predigestión. Los humanos no tenemos un receptor gustativo para el almidón, dijo Gokcumen. En cambio, las personas tienen receptores de azúcar. Por lo tanto, descomponer los almidones en azúcares en la boca puede mejorar el sabor y, por tanto, la preferencia por los carbohidratos. En una época en la que obtener suficientes calorías era una tarea difícil, a quienes eligieron consumir almidones de alto contenido energético les habría ido mejor que a sus vecinos. Este dulce sabor también podría ayudar al cuerpo a prepararse para lo que está por venir. Ajustar los procesos metabólicos y digestivos. para anticipar la comida entrante.6
Gokcumen planea explorar estas hipótesis en el futuro, utilizando enzimas en la saliva de las personas como una ventana a la compleja historia evolutiva de los humanos.