Czerwona krwinka po lewej dotknięta jest zniekształceniem charakterystycznym dla anemii sierpowatej | źródło: wikimedia commons

Autor: Andrzej Galbarczyk

Anemia sierpowata jest dziedziczną chorobą spowodowaną prostą mutacją w genie kodującym hemoglobinę – czyli białko transportujące tlen we krwi. Zmieniona budowa hemoglobiny powoduje charakterystyczne zniekształcenie czerwonych krwinek, może prowadzić do niedokrwienia wielu narządów a w konsekwencji do śmierci, nierzadko we wczesnej młodości. Naturalne mechanizmy ewolucji usuwają z populacji szkodliwe mutacje – powodujące choroby i przedwczesną śmierć. Najprościej rzecz ujmując, szkodliwe mutacje giną wraz chorymi osobami i nie są przekazywane następnym pokoleniom. Dlaczego zatem tak dużo osób, zwłaszcza w populacjach Afrykańskich, cierpi z powodu anemii sierpowatej? W niektórych rejonach Afryki aż 40% osób posiada co najmniej jeden uszkodzony allel – tj. uszkodzoną wersję genu.

Uszkodzone allele są allelami recesywnymi. Oznacza to, że posiadanie tylko jednego uszkodzonego allelu nie prowadzi do rozwinięcia się pełnoobjawowej anemii sierpowatej. Osoby, które są nosicielami tylko jednego uszkodzonego genu nie mają objawów anemii. Co jednak ważne, osoby takie są odporne na malarię. Zatem posiadanie uszkodzonego genu może uratować im życie i zwiększyć ich szansę na przetrwanie.

Malaria jest groźną chorobą występującą w krajach strefy tropikalnej i subtropikalnej. Według danych WHO w 2017 roku na malarię zachorowało 219 milionów osób z czego 435 tysięcy zmarło. Malaria jest chorobą pasożytniczą powodowaną przez zarodźce malarii – pierwotniaki z rodzaju Plasmodium. Zarodźce te mają bardzo skomplikowany cykl rozwojowy. Komar, który jest żywicielem ostatecznym przenosi wraz ze swoją śliną zarodźce malarii na człowieka – żywiciela pośredniego. W ciele człowieka następuje wiele faz rozwoju, jedna z nich odbywa się wewnątrz erytrocytów, czerwonych krwinek krwi. Namnażanie się zarodźca w erytrocytach prowadzi do ich rozpadu co powoduje groźne objawy charakterystyczne dla malarii.

Mechanizm przenoszenia szkodliwego allelu powodujący anemię sierpowatą. W regionach zagrożonych malarią osoby będące niedotkniętymi chorobą nosicielami (oznaczone na fioletowo) będą faworyzowane w doborze naturalnym | źródło: wikimedia commons

Osoby posiadające tylko jeden szkodliwy allel powodujący anemię sierpowatą posiadają tylko częściowo zniekształcone erytrocyty. Zmieniony kształt sprawia, że erytrocyty nie mogą być zaatakowane przez zarodźca malarii. Teraz wyobraźmy sobie na chwilę, że zarówno malaria jak i w pełni rozwinięta anemia sierpowata powodują pewną śmierć we wczesnym dzieciństwie (oczywiście nie jest to prawdą, ale ułatwi nam to zrozumienie mechanizmów ewolucji). W populacji narażonej na malarię przeżyją jedynie osoby, które posiadają jeden uszkodzony allel. Osoby posiadające dwa uszkodzone allele oraz osoby całkowicie wolne od tej mutacji nie przekażą swoich genów do następnego pokolenia – umrą we wczesnej młodości. Doprowadzi to do tego, że w następnym pokoleniu, które będzie potomstwem tylko ocalałych osób, częstotliwość uszkodzonego allelu wyniesie dokładnie 50%. W kolejnym pokoleniu 25% osób będzie chorowało na anemię sierpowatą, 50% będzie jedynie nosicielami odpornymi na malarię, a 25% zachoruje na malarię. Jeżeli nic się nie zmieni, ta sama proporcja będzie utrzymywała się przez kolejne pokolenia. Mechanizm ten ilustruje obrazek obok.

Obszary zagrożenia malarycznego (góra) oraz geograficzne występowanie anemii sierpowatej (dół) | źródło: wikimedia commons

Anemia sierpowata jest przykładem zjawiska naddominacji heterozygot, w której największe szanse na przetrwanie mają osoby posiadające jeden zdrowy i jeden uszkodzony allel. To wszystko tłumaczy dlaczego w populacjach gdzie malaria stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia i życia tak często występują uszkodzone geny. Zjawisko to potwierdza geograficzne występowanie anemii sierpowatej, które pokrywa się z historycznymi obszarami występowania malarii. Warto jeszcze wspomnieć, że anemia sierpowata nie jest jedyną chorobą genetyczną chroniącą przed malarią. Istnieje wiele innych mutacji, które skracają życie erytrocytów, zmniejszają ich wielkość, zniekształcają ich strukturę fizykochemiczną. Utrudnia to zarodźcom malarii rozwój w erytrocytach. Wszystkie te mutacje występują również na terenach, na których ludzie byli narażeni na malarię. Świadczy to o tym, że malaria nękała ludzkość od bardzo dawna, będąc na tyle dużym zagrożeniem, że odcisnęła swoje piętno na ewolucji naszego gatunku.

Kontakt do autora: Andrzej Galbarczyk

Blog Zdrowia Publicznego, red. M. Zabdyr-Jamróz, Instytut Zdrowia Publicznego UJ CM, Kraków: 19 czerwca 2019

Źródła:

1. Allison, A. C. (1954). Protection afforded by sickle-cell trait against subtertian malarial infection. British medical journal, 1(4857), 290.
2. Rees, D. C., Williams, T. N., & Gladwin, M. T. (2010). Sickle-cell disease. The Lancet, 376(9757), 2018-2031.
3. WHO. 2018. World malaria report 2018