Eine bahnbrechende Studie von Wissenschaftlern aus Israel und Ghana, die in der aktuellen Ausgabe von PNAS veröffentlicht wurde, zeigt, dass eine evolutionär bedeutsame Mutation im menschlichen APOL1 -Gen nicht zufällig, sondern häufiger dort auftritt, wo sie zur Vorbeugung von Krankheiten benötigt wird. Dies stellt die Vorstellung, dass die Evolution durch zufällige Mutationen vorangetrieben wird, grundlegend in Frage und verknüpft die Ergebnisse mit einer neuen Theorie, die erstmals ein neues Konzept für die Entstehung von Mutationen liefert.
Die Auswirkungen auf Biologie, Medizin, Informatik und vielleicht sogar auf unser Verständnis der Entstehung des Lebens selbst sind potenziell weitreichend.
Eine zufällige Mutation ist eine genetische Veränderung, deren Wahrscheinlichkeit unabhängig von ihrem Nutzen ist. Erst wenn diese vermeintlichen Zufälle auftreten, prüft die natürliche Selektion sie und trennt die Nützlichen von den Schädlichen. Über ein Jahrhundert lang glaubten Wissenschaftler, dass sich eine Reihe solcher Zufälle im Laufe der Zeit Stück für Stück angesammelt hat, um die Vielfalt und Pracht des Lebens um uns herum zu schaffen.
Es war jedoch nie möglich, direkt zu untersuchen, ob Mutationen in der DNA zufällig entstehen oder nicht. Mutationen sind im Verhältnis zur Größe des Genoms seltene Ereignisse, und technische Einschränkungen haben es Wissenschaftlern bisher unmöglich gemacht, das Genom detailliert genug zu betrachten, um einzelne Mutationen bei ihrem natürlichen Auftreten zu verfolgen. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten Prof. Adi Livnat von der Universität Haifa, Direktor des Sagol Lab for Evolution Research, Hauptautor Dr. Daniel Melamed und das Team eine neue, hochpräzise Nachweismethode und wendeten diese kürzlich auf die berühmte HbS-Mutation an, die vor Malaria schützt, bei Homozygoten jedoch Sichelzellenanämie verursacht. Die Ergebnisse zeigten, dass die HbS-Mutation nicht zufällig entstand, sondern gehäuft genau in dem Gen und der Population auftrat, wo sie benötigt wurde. Nun berichten sie von demselben nicht zufälligen Muster bei einer zweiten Mutation von evolutionärer Bedeutung.
Die neue Studie untersucht die Neuentstehung einer Mutation im menschlichen APOL1 -Gen. Diese Mutation schützt vor einer Form der Trypanosomiasis, einer Krankheit, die in der Vergangenheit Zentralafrika heimgesucht und dort bis vor Kurzem jährlich Zehntausende Todesopfer gefordert hat. Bei Menschen mit zwei Kopien des Gens erhöht sie außerdem das Risiko einer chronischen Nierenerkrankung. Falls die APOL1- Mutation zufällig entsteht, sollte sie in allen Populationen mit ähnlicher Rate auftreten und sich erst dann unter dem Druck der Trypanosomen verbreiten . Entsteht sie jedoch nicht zufällig, könnte sie dort, wo sie nützlich ist, tatsächlich häufiger auftreten. Die Ergebnisse stützen das nicht zufällige Muster: Die Mutation trat bei Afrikanern südlich der Sahara, die seit Generationen mit endemischen Krankheiten zu kämpfen haben, viel häufiger auf als bei Europäern, bei denen dies nicht der Fall war, und zwar genau an der Stelle im Genom, an der sie Schutz bietet. „Die neuen Erkenntnisse stellen die Vorstellung einer zufälligen Mutation grundlegend in Frage“, sagte Livnat.
DOI: 10.1073/pnas.2424538122.
