Trockenes oder feuchtes Ohrenschmalz?

Trockenes Ohrenschmalz ist bei Ostasiaten häufig, während feuchtes Ohrenschmalz in anderen Bevölkerungsgruppen üblich ist.

Eine einzige genetische Variation g -> a im ABCC11-Gen (Chromosom 16) ist für die Bestimmung des Ohrwachstyps verantwortlich. Die Individuen ‹aa› haben trockenes Ohrenschmalz, die Individuen ‹ag› und ‹gg› haben feuchtes Ohrenschmalz.

Das ‹g› ist das Nukleotid, das bei unseren Vorfahren vorhanden war. Die genetische Variation ‹a› soll vor etwa 2006 Generationen in Nordostasien entstanden sein und sich dann über die ganze Welt ausgebreitet haben.

Ein bestimmter Körpergeruch

Der Schweissgeruch unter den Armen (der sogenannte Achselgeruch) entsteht, weil die Schweissdrüsen bestimmte Substanzen produzieren, die dann von Bakterien auf der Haut  umwandelt werden.

Das Protein ABCC11 ist an der Produktion dieser Substanzen beteiligt. Der Genotyp ‹aa› führt zu einem Funktionsverlust des ABCC11-Proteins und zu einem fast vollständigen Fehlen der typischen Bestandteile des Achselschweisses, aber auch der Bestandteile, die in feuchtem Ohrenschmalz vorkommen.

Kaukasier und Afrikaner besitzen ein aktives ABCC11-Protein, feuchtes Ohrenschmalz und einen starken Achselgeruch, während viele Asiaten ein inaktives ABCC11-Protein, trockenes Ohrenschmalz und einen schwachen Achselgeruch besitzen. Diese Unterschiede sind für Parfümeure natürlich von großem Interesse!

Warum wurde das trockene Ohrenschmalz im Laufe der Evolution konserviert?

Mysterium … hier eine Hypothese:

Hypothese – Anpassung an Kälte

Die Vorfahren der Ostasiaten lebten vermutlich in einem viel kälteren Klima  als die der Afrikaner. Unter diesen Umständen könnte es für die Vorfahren der Ostasiaten, die Träger des Genotyps ‹aa› sind, von Vorteil gewesen sein weniger zu schwitzen. Diese Hypothese schliesst nicht aus, dass möglicheweise noch andere Faktoren eine Rolle spielten, wie z.B. die mikrobielle Umgebung.

Quelle: A strong association of axillary osmidrosis with the wet earwax type determined by genotyping of the ABCC11 gene (2009) –  A SNP in the ABCC11 gene is the determinant of human earwax type (2006) –   The impact of natural selection on an ABCC11 SNP determining earwax type (2011)

Chromosom 16:  ABCC11; rs17822931; UniProtKB: Q96J66

Blau ist einmalig

Im Jahr 2008 wiesen Forscher eine genetische Variation im HERC2-Gen (Chromosom 15) nach, die eine bedeutende Rolle bei der Augenfarbe spielt. Sie untersuchten eine große dänische Familie, die aus einem Vater mit braunen Augen, einer Mutter mit blauen Augen, 17 Kindern und 20 Enkelkindern bestand.

Eine genetische Variation a -> g im HERC2-Gen erklärt die azurblaue Augenfarbe in der Familie. Diese Variation führt zu einer geringeren Produktion von Melanin, einem braunen Pigment.

Derselbe Unterschied findet sich bei der großen Mehrheit der blauäugigen Individuen europäischer Herkunft.

Blau in der Vergangenheit

Unsere Vorfahren hatten braune Augen. Die Farbe Blau soll vor 6’000 bis 10’000 Jahren in Europa aufgetaucht sein, wahrscheinlich in mehreren Schüben, als die ersten Ackerbauern vom Schwarzen Meer nach Nordeuropa wanderten.

Warum haben blaue Augen den Test der Zeit bestanden und Jahrtausende überdauert?

Es bleibt die Frage, ob die Augenfarbe ein neutrales Merkmal sein könnte, das keinen signifikanten Einfluss auf das Überleben oder die Fortpflanzung von Individuen hat.

Genetische Variationen des HERC2-Gens beeinflussen auch die Hautfarbe. Das Vorhandensein des Pigments Melanin in der Haut schützt vor UV-Strahlen. Sein Fehlen sorgt dafür, dass mehr Vitamin D gebildet wird, vor allem in Regionen mit wenig Sonnenlicht. Ob Melanin in der Iris vorhanden ist oder nicht, ist jedoch noch nicht bekannt.

Quelle: Blue eye color in humans may be caused by a perfectly associated founder mutation in a regulatory element located within the HERC2 gene inhibiting OCA2 expression (2008)

Chromosom 15:  HERC2 rs12913832; mehrere Variationen; UniProtKB: O95714

Resistenz gegen SARS-CoV-2

Eine schützende Variation

Das OAS1-Gen (Chromosom 12) kodiert für ein Protein, das an der Bekämpfung von Virusinfektionen beteiligt ist (angeborene antivirale Zellreaktion). Eine genetische Variation g -> a führte zu einer Form des Proteins, die weniger aktiv ist und in geringeren Mengen vorkommt . Heute haben mehr als 60 % der Menschen ein ‹a›.

Wir haben die angestammte Form von OAS1 (mit einem ‹g›) vor über 40’000 Jahren von den Neandertalern geerbt: Sie soll es unseren Vorfahren ermöglicht haben, mehreren Virusepidemien zu widerstehen! Und heute haben Individuen mit der ‹g›-Variante ein geringeres Risiko, eine schwere Form von COVID-19 zu entwickeln.

Bei anderen Arten

Die Wissenschaftler untersuchten Tiere, von denen bekannt ist, dass sie verschiedene Coronaviren beherbergen. Sie fanden Beweise für die Existenz der aktiven Form von OAS1 bei Mäusen, Kühen und Kamelen. Hufeisenfledermäuse hingegen haben die aktive Form von OAS1 nicht und  können die Replikation des Coronavirus in ihrem Körper nicht verhindern. Sie könnten daher als Reservoirwirte für bestimmte Coronaviren, wie SARS-CoV-2s, fungieren…

Variationen, die nicht schützen

Von den Neandertalern haben wir ein weiteres genomisches Segment von etwa 50 Kilobasen geerbt, das auf Chromosom 3 lokalisiert ist. Dieses Segment wird mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung schwerer Formen von COVID-19 in Verbindung gebracht. Dieses Segment ist bei etwa 50 % der Menschen in Südasien und etwa 16 % der Menschen in Europa vorhanden. Derzeit ist nicht bekannt, welche Merkmale dieses Segments ein Risiko für schwere COVID-19 verleihen und ob die Auswirkungen dieser Merkmale spezifisch für SARS-CoV-2 oder für andere Krankheitserreger sind.

Quelle: Host polymorphisms and COVID-19 infection (2022) – A prenylated dsRNA sensor protects against severe COVID-19 (2021) – The major genetic risk factor for severe COVID-19 is inherited from Neanderthals (2020)

Chromosom 12: OAS1 rs10774671; mehrere Variationen; UniProtKB:P00973

Der saure Geschmack

Das OTOP1-Gen (Chromosom 4) kodiert für ein Rezeptorprotein, das Moleküle erkennt, die für den sauren Geschmack verantwortlich sind (Zitronensäure (in Zitrusfrüchten enthalten), Milchsäure (in fermentierten Milchprodukten enthalten), Essigsäure (in Essig enthalten) usw. Das OTOP1-Protein wird in den Geschmacksknospen des Zungen- und Gaumenepithels gefunden.

Saurer Geschmack in der Vergangenheit

Der saure Geschmack ist neben salzig, süss, bitter und umami einer der fünf primären Geschmäcker. Delfine scheinen nur den salzigen Geschmack zu erkennen, Katzen haben keinen Rezeptor für den süssen Geschmack. Aber Überraschung: Das OTOP1-Gen findet sich bei allen Wirbeltieren. Die ersten bekannten Wirbeltiere, die den sauren Geschmack wahrnehmen konnten, waren die Vorfahren der modernen Fische. Diese Fähigkeit ermöglichte es ihnen wahrscheinlich, den Säuregehalt des Ozeans und damit das Vorhandensein von Kohlendioxid zu testen… Die heutigen Wirbeltiere, die den sauren Geschmack am besten wahrnehmen können, sind die Säugetiere, insbesondere die Primaten.

Warum ist die Fähigkeit, sauren Geschmack zu erkennen, im Laufe der Primatenentwicklung erhalten geblieben?

Hypothese 1 – Vitamin C: Primaten haben die Fähigkeit verloren, Vitamin C zu produzieren. Daher ist es für diese Arten wichtig, Vitamin C zu sich zu nehmen. Das Erkennen von säurehaltigen Lebensmitteln könnte eine Möglichkeit für sie sein, ausreichend Vitamin-C-haltige Lebensmittel wie Zitrusfrüchte zu sich zu nehmen.

Hypothese 2 – fermentierte Lebensmittel: Die bei der Fermentation entstehenden Säureverbindungen und der Alkohol töten die Bakterien ab. Ein Weg, um herauszufinden, ob faule Früchte essbar sind, ist daher, ihren Säuregehalt zu testen! Es scheint, dass die alten Primaten viele fermentierte Lebensmittel gegessen haben.

Hypothese 3 – andere biologische Funktion: OTOP1 ist das einzige Gen, von dem bekannt ist, dass es einen Rezeptor für sauren Geschmack kodiert. Das OTOP1-Protein ist jedoch auch an der Wahrnehmung von Schwerkraft und Beschleunigung im Innenohr beteiligt und sorgt so für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts. Das Protein OTOP1 hat also noch eine weitere wichtige biologische Funktion: Sein Verlust oder Veränderungen in seiner Funktion könnten weitreichende Folgen für den Organismus nach sich ziehen!

Quelle: The Cellular and Molecular Basis of Sour Taste (2022) – The evolution of sour taste (2022)

Chromosom 4: OTOP1; UniProtKB:Q7RTM1

Alkoholintoleranz

Die ADH-Proteine sind am Abbau verschiedener Alkohole beteiligt, darunter auch Ethanol. Ethanol ist eine für den Körper giftige Verbindung, die in alkoholischen Getränken oder fermentierten Lebensmitteln vorkommt, die wir aber nicht selbst herstellen.

Beim Menschen spielt das Protein ALDH2 eine wichtige Rolle: Es ist für den zweiten Schritt des Ethanolabbaus verantwortlich – die Umwandlung des ebenfalls giftigen Acetaldehyds in Essigsäure, die für den Körper weniger schädlich ist.

Etwa 560 Millionen Asiaten sind Träger von ein und derselben genetischen Variation (g -> a) im ALDH2-Gen (Chromosom 12), die zu einem Mangel an ALDH2-Aktivität (ALDH2*2) führt. Diese Variation verursacht Hautrötungen, Übelkeit, Herzklopfen und Kopfschmerzen nach Alkoholgenuss, weil sich Acetaldehyd im Körper ansammelt.

Diese genetische Variation soll im Südosten Chinas vor ∼2’000 bis 3’000 Jahren aufgetreten sein. Was ist der Grund dafür?

Das ALDH2-Protein ist vor allem dafür bekannt, dass es den Alkohol, den wir trinken, entgiftet: Es gibt nur wenig Forschung über seine potenzielle Rolle in anderen biologischen Prozessen.

Eine Hypothese

Populationen mit einer hohen Prävalenz von ALDH2*2 befinden sich meist in Gebieten, in denen das Hepatitis-B-Virus endemisch ist. Eine Infektion mit diesem Virus und Alkoholkonsum haben jedoch einen synergistischen Effekt auf die Entwicklung von Lebererkrankungen. Übelkeit und andere Symptome, die bei Trägern der ALDH2*2 Variante durch Alkoholkonsum verursacht werden, könnten vom Alkoholkonsum abhalten. ALDH2*2-Individuen wären also bei Virusinfektionen «geschützt» gegen zusätzliche Alkohol-induzierte Leberschäden, was zu einer positiven Selektion der genetischen Variation ALDH2*2 führen könnte.

Quelle: Why can’t Chinese Han drink alcohol? Hepatitis B virus infection and the evolution of acetaldehyde dehydrogenase deficiency (2002)  – Impacts of ADH1B rs1229984 and ALDH2 rs671 polymorphisms on risks of alcohol-related disorder and cancer (2023)

Chromosom 12: ALDH2 rs671;  UniProtKB: P05091

Das Tempo-Gen?

Eines der bekanntesten Gene in diesem Bereich ist das ACTN3-Gen (Chromosom 11). Es codiert für ein Protein, das vor allem in schnell kontrahierenden Muskelfasern zu finden ist.

Eine genetische Variation c -> t in diesem Gen, die als ACTN3XX bezeichnet wird, führt dazu, dass das Protein vollständig fehlt. Dieses Fehlen von ACTN3 scheint den Anteil der schnell kontrahierenden Muskelfasern zu verringern und den Anteil der langsam kontrahierenden Muskelfasern zu erhöhen.

Die genetische Variation ACTN3XX ist anscheinend häufiger bei Ausdauersportlern (z. B. Radfahrern und Langstreckenläufern) zu finden.

Das Vorhandensein des ACTN3-Proteins wird mit einer größeren Menge an schnell kontrahierenden Fasern in Verbindung gebracht. Das ACTN3-Protein wird häufiger bei Sportlern gefunden, bei denen es auf Kraft oder Geschwindigkeit ankommt, wie z. B. Sprintern auf kurzen Strecken. Das ACTN3-Gen wird daher manchmal auch als ‹das Schnelligkeitsgen› bezeichnet. Das Vorhandensein des Proteins scheint auch mit nächtlichem Zähneknirschen in Verbindung gebracht zu werden!

Kann ein Verlust im Laufe der Evolution zu einem Vorteil werden?

Diese genetische Variation soll vor mehreren hunderttausend Jahren aufgetreten sein.

Der Verlust des ACTN3-Proteins wäre Gegenstand einer positiven Selektion gewesen, wobei seine Häufigkeit zunahm, als die Menschen von Afrika in Länder mit kälterem eurasischem Klima und weniger Artenreichtum wanderten.

Das Fehlen des ACTN3-Proteins könnte sich unter diesen Lebensbedingungen als vorteilhaft erwiesen haben. Die Folge: Heute haben weltweit etwa 1,5 Milliarden Menschen (18% der Bevölkerung) einen vollständigen Mangel an ACTN3 (ACTN3XX).

Quelle: A gene for speed? The evolution and function of alpha-actinin-3 (2004) – ACTN3: More than Just a Gene for Speed (2017)

Chromosom 11:  ACTN3 rs1815739; UniProtKB: Q08043

Die Blutgruppen ABO

Blutgruppen werden durch das Vorhandensein bestimmter Zuckerarten auf der Oberfläche der roten Blutkörperchen definiert. Diese Zuckerarten fungieren als Antigene. Das bekannteste Blutgruppensystem ist das ABO-System, das auf dem Vorhandensein der Antigene A, B und H beruht, die jeweils mit den Blutgruppen A, B und O assoziiert sind. Das Vorhandensein dieser Antigene ist die Folge verschiedener Kombinationen von genetischen Variationen (Allelen), die die Aktivität eines Proteins verändern, das diese Zucker herstellt.

ABO in der Vergangenheit

Die meisten O-Allele leiten sich vom A-Allel ab. Daher ist es möglich, dass die A- und B-Allele zu Beginn der Menschheitsgeschichte häufiger vorkamen. Heute ist das O-Allel weltweit am häufigsten anzutreffen (je nach Region zwischen 30 und 80 %).

Einige Hypothesen:

Die Antigene A, B und H spielen bekanntermassen eine wichtige Rolle bei Bluttransfusionen oder Transplantationen, aber sie haben vermutlich noch weitere Rollen in der menschliche Biologie, da sie in vielen Geweben (Blutplättchen, Darm, Atmungssystem, …) vorkommen.

• Das O-Allel ist sehr häufig in afrikanischen Regionen wo es viele Malariafälle gibt. Das O-Allel könnte eine schützende Wirkung gegen Malaria haben, einen Parasiten, der die roten Blutkörperchen infiziert.
• Das Vorhandensein von Antikörpern gegen A und B bei Personen mit Blutgruppe O könnte vor bestimmten Viren wie SARS-CoV-2 schützen.
• Im Gegensatz zum O-Allel könnte das A-Allel möglicherweise vor Cholera schützen.

Mehrere gross angelegte Studien haben statistische Zusammenhänge aufgezeigt zwischen Blutgruppen und dem Risiko, bestimmte Krankheiten (Entzündungen, Krebs usw.) zu entwickeln.

Es gibt noch viel zu entdecken. Vom Standpunkt der Evolution dürfte es von Vorteil sein, die Vielfalt der Blutgruppen innerhalb der menschlichen Bevölkerung zu erhalten.

Quelle: ABO blood group antigens and differential glycan expression: Perspective on the evolution of common human enzyme deficiencies (2022)

Chromosom 9: ABO rs1556058284; mehrere Variationen; UniProtKB: P16442

Beethovens Haare

Im Jahr 2023 deuten genetische Analysen der DNA, die in mehreren Haarsträhnen des Komponisten gefunden wurde, darauf hin, dass eine Lebererkrankung und eine Virusinfektion die Ursache für seinen Tod gewesen sein könnten. Die Ursachen für seinen Hörverlust oder seinen Haarausfall hingegen bleiben ein Rätsel.

Genetische Krankheiten

Beethoven hatte eine genetische Variation im PNPLA3-Gen, von der bekannt ist, dass sie mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung einer Leberzirrhose (Non-alcoholic fatty liver disease 1) verbunden ist.

Außerdem hatte er genetische Variationen im HFE-Gen, von denen bekannt ist, dass sie eine andere Lebererkrankung verursachen, die mit der Anhäufung von Eisen zusammenhängt (Hemochromatose 1).

Eine virale Infektion

Die DNA des Komponisten enthielt auch Fragmente des Hepatitis-B-Virus. Die Hypothese der Forscher ist, dass Beethoven an einer chronischen Virusinfektion litt, die in den Monaten vor seinem Tod reaktiviert wurde. In Verbindung mit seinem Alkoholkonsum verschlimmerte diese Infektion seine Leberprobleme.
Das Genom des Komponisten wurde auf genetische Variationen untersucht, von denen bekannt ist, dass sie mit Hörverlust oder Haarausfall in Verbindung stehen, jedoch ohne Erfolg.

Weitere Geheimnisse

Es wurde auch herausgefunden, dass er zu 99 % europäischer Abstammung war, wahrscheinlich laktosetolerant … und dass einige seiner Familienmitglieder keine legitimen Kinder waren …

Quelle: Genomic analyses of hair from Ludwig van Beethoven (2023)

Chromosome 22: PNPLA3; UniProtKB:Q9NST1

Chromosome 6: HFE; UniProtKB:Q30201