Importanza dello studio dell’evoluzione e della selezione

per capire le malattie – Medicina evoluzionistica

La medicina evoluzionistica permette di riconoscere molti

sintomi come adattamenti del corpo umano.

Un medico che conosce le basi dell’evoluzionismo darwiniano non si

limita a vedere la malattia come il guasto di una macchina, ma si chiede perché la selezione naturale non ha

reso il corpo più resistente a quel particolare problema

Il processo evolutivo non determina caratteri perfetti, ma ‘aggiustamenti’. Si tratta di un bilancio tra costi e benefici. L’organismo umano è allo stesso tempo perfetto e difettoso, poiché è il prodotto del lavoro dei meccanismi evoluzionistici e, in particolare, della selezione naturale

Alcune malattie spiegate da Darwin

Obesità (teoria di Neel)

Diabete di tipo 2 (teoria di Neel)

Schizofrenia : la nostra struttura mentale è “settata” per

un tipo di società fondata su piccole comunità con un alto

grado di parentela, ben diverse dalla società di massa in

cui viviamo oggi

Cancro: il tumore viene visto come una popolazione

composta da tanti individui (le cellule) che interagiscono

con il microambiente che le circonda, competono tra loro

per le risorse e lottano contro i predatori (il sistema

immunitario), colonizzando a volte nuovi spazi (le

metastasi). Il principio darwiniano della selezione

spiegherebbe dunque la capacità delle cellule tumorali di

diventare maligne, sviluppando mutazioni che le rendono

resistenti ai farmaci.

Mismatch disease: la

selezione fa un match

tra uomo e ambiente

Categorie di spiegazioni evoluzionistiche delle malattie (Nesse e Williams,1995) 1) Difesa, ciò che noi riteniamo un sintomo patologico, in

realtà è un meccanismo di adattamento; 2) Conflitto con altri elementi in evoluzione, ad esempio

organismi patogeni; 3) Il disadattamento del nostro corpo alle veloci

modificazioni dell’ambiente e dei modi di vita dell’epoca moderna;

4) Compromessi evolutivi a livello genetico; 5) Compromessi evolutivi a livello dei tratti fenotipici

complessi; 6) Vincoli storici e dipendenza da traiettorie evolutive 7) Fattori casuali

Difesa

Tosse

Febbre

Vomito

Dolore

Ansia

Depressione

Conflitto con altri organismi Gli organismi potenzialmente patogeni possono evolvere con velocità enormemente superiori alle nostre, visto ad esempio il ritmo riproduttivo dei virus e dei batteri. La loro sopravvivenza e la loro evoluzione sono in costante conflitto con le nostre.

Un gene può conferire certi vantaggi in

specifici contesti ambientali ma aumentare

la suscettibilità a sviluppare alcune

patologie (emoglobinopatie)

Compromessi evolutivi a livello genetico

Compromessi evolutivi a livello dei tratti

fenotipici complessi

Certi geni fanno parte allo stesso tempo di

sistemi biochimici che controllano processi

diversi.

Così, una mutazione genetica che aumenta

l’efficienza di una funzione può

compromettere l’efficacia di un’altra attività

biologica ed esporre l’organismo

all’insorgenza di particolari malattie

Vincoli storici e dipendenza

da traiettorie evolutive

L’evoluzione procede usando e coadattando il vecchio

materiale biologico della specie.

Il migliore accomodamento tra i materiali e le funzioni

biologiche preesistenti difficilmente coincide con la migliore e

più efficace soluzione pensabile per una struttura funzionale.

Un esempio è quello dei rischi di soffocamento dovuti ad

ostruzione delle vie aeree con cibi a causa della parziale

condivisione dei canali delle vie respiratorie e del primo tratto

del canale alimentare.

Quattro messaggi fondamentali

1.Gli organismi (TUTTI) non sono macchine ottimizzate da ingegneri,

piuttosto sono un insieme di compromessi modellati dalla selezione

naturale per massimizzare la FITNESS, non la salute

2.L’evoluzione biologica è molto più lenta dei cambiamenti culturali

> molte malattie si originano per il mancato adattamento del nostro

corpo all’ambiente moderno

3.I patogeni evolvono molto più velocemente di noi, quindi non

possiamo evitare le infezioni

4.L’idea che le malattie comunemente ereditabili siano causate da pochi

geni difettosi è in genere sbagliata. La visione evolutiva ci suggerisce che

molte varianti genetiche interagiscono con l’ambiente durante lo

sviluppo per influenzare il fenotipo malato

Questi messaggi suggeriscono perché le malattie sono così

prevalenti e difficili da prevenire

Tre concetti comunemente accettati

1.I patogeni evolvono resistenze agli antibiotici rapidamente

quanto le cellule cancerose evolvono resistenze ai chemioterapici

2.I patogeni evolvono strategie per eludere le difese dell’ospite, i

livelli di virulenza sono modellati dalla selezione naturale per

massimizzare la trasmissione

3.La variabilità genetica umana che aumenta la resistenza alle

malattie ha spesso un costo ed alcune varianti che aumentano la

vulnerabilità a volte possono avere altri effetti positivi

Alcuni aspetti non ovvi

1.L’uomo è coevoluto con una comunità di batteri simbionti e vermi

parassiti, l’igiene che li ha debellati ha indebolito il nostro sistema

immunitario generando allergie, asma e malattie autoimmuni (es.

Crohn’s disease può essere curato con l’ingestione delle uova di

alcuni vermi parassiti, Rook G (2009) The hygene hypothesis and

Darwinian medicine)

2.L’uso di vaccini imperfetti che non debellano del tutto i patogeni

dall’organismo, possono portare all’aumento della virulenza (Gandon

et al. 2001 Nature)

Alcuni aspetti non ovvi

4.L’invecchiamento non è un adattamento, ma una conseguenza

della selezione per migliorare le performance riproduttive in età

riproduttiva

5.La nostra specie ha più frequenti tumori rispetto ad ogni altra

specie per almeno 3 ragioni

1.Abbiamo esteso moltissimo la nostra vita post-riproduttiva

invisibile alla selezione naturale

2.Non siamo adattati ai nuovi fattori di rischio imposti dalla civiltà

come tabacco, alcool, diete con molti grassi e contraccettivi

3.Abbiamo un sistema riproduttivo caratterizzato da continui cicli,

continua recettività, continua attività sessuale

Diversità genetica umana: selezione e malattie

• Capire il contributo delle forze selettive che hanno avuto un impatto sul genoma umano

• Studiare la diversità genetica di geni coinvolti nelle relazioni con i patogeni, con l’ambiente e con le risorse alimentari.

• Identificare forme specifiche di selezione per

questi geni e loro ruolo sul metabolismo.

Kidney disease

Kidney failure is about 4 times more frequent in

African-Americans than in other Americans.

GWAS identified a strong signal for disease

susceptibility in the APOLI gene (rs73885319 and

rs60910145)

APOLI was already known to lyse and thus protect

against Trypanosoma brucei (sleeping sickness).

Selection for resistance to sleeping sickness has

resulted in the high frequency of variants that

strongly increase risk of developing kidney disease

Role of Malaria in shaping the genetic structure of Sardinian population

Mortality rate (x1000)

Malaria: Endemica già dai tempi

dei Cartaginesi.

1936-1938: una morbilità di

38.655 casi (349, 57 su 10.000);

1941 a Nuoro (383,12 casi su

10.000 abitanti).

Durante la seconda guerra

mondiale aumentò sensibilmente

in tutta l’Italia,

1946 campagnia anti malaria

grazie alla Fondazione Rockfeller

che debellò la malattia con

l’introduzione del DDT (para-

diclorodifeniltricloroetano).

Diffusion of Th-, G6PD-, Fy(a-b-) Correlation with some STRs of NOS gene

Malaria has exerted strong selection pressure on the human

genome by inducing high frequencies of genetic polymorphisms

that protect against malaria infection.

Genetic adaptations to malaria can assume different forms.