راز تکامل بزاق انسان؛ ژن‌هایی که دهان ما را شکل دادند

1

بزاق انسان میلیون‌ها سال است که در حال تکامل بوده؛ نه فقط برای کمک به خوردن یا صحبت کردن، بلکه برای محافظت، سازگاری و بقا. پژوهش تازه‌ای که مسیر ژن‌های پروتئینی بزاق را در ۶۱ گونه از مهره‌داران بررسی کرده، نشان می‌دهد این ژن‌ها به‌ویژه در نخستی‌ها (از جمله انسان) با سرعتی چشمگیر تغییر کرده‌اند و نحوه تعامل دهان ما با غذا و میکروب‌ها را از نو شکل داده‌اند.

این پژوهش به سرپرستی دکتر استفان رول از دانشگاه بوفالو انجام شده و به بررسی ژن‌هایی می‌پردازد که از دندان‌ها محافظت می‌کنند، مواد معدنی را تنظیم می‌کنند و در برابر عوامل بیماری‌زا دفاع دارند. مقایسه DNA و RNA گونه‌های مختلف نشان داده است که رژیم غذایی و محیط زیست، به‌طور مداوم این مایع حیاتی اما کم‌توجه را دگرگون کرده‌اند.

چرا ژن‌های بزاقی این‌قدر سریع تکامل یافته‌اند؟

«فرض ما این بود که بزاق، به‌عنوان مایعی زیستی که دائماً با غذا، میکروب‌ها و عوامل بیماری‌زا در تماس است، ممکن است سریع‌تر از سایر سیستم‌ها تکامل یابد.»
— عمر گوکچومن، استادیار علوم زیستی دانشگاه بوفالو

در مرکز این پژوهش، بخشی از ژنوم به نام خوشه SCPP قرار دارد؛ مجموعه‌ای از ژن‌های مرتبط با اتصال کلسیم. چندین ژن از این خانواده در غدد بزاقی فعال‌اند و پروتئین‌های فراوانی را در بزاق انسان تولید می‌کنند.

نشانه‌هایی از انتخاب مثبت – یعنی تغییرات ژنتیکی مفید برای بقا – در چند ژن بزاقی دیده می‌شود. این تغییرات شامل ایجاد نسخه‌های جدید ژن، حذف برخی نسخه‌ها و تغییر در زمان فعال شدن آن‌ها است.

رمزگشایی از تکامل بزاق در سطح DNA

پژوهشگران ژن‌های متناظر میان گونه‌ها را مقایسه کردند تا بفهمند کدام نسخه‌ها تغییر کرده‌اند و در چه نقاطی. ژن‌های مشابه (Orthologs) که از یک نیای مشترک به ارث رسیده‌اند، ممکن است وظیفه اصلی خود را حفظ کنند یا نقش تازه‌ای به‌دست آورند.

آن‌ها همچنین از شاخصی به نام نسبت dN/dS استفاده کردند که میزان جهش‌های مؤثر بر پروتئین را نسبت به جهش‌های خاموش می‌سنجد. نتایج نشان داد که ژن‌های مینای دندان و شیر، بسیار محافظه‌کار مانده‌اند، درحالی‌که ژن‌های بزاقی در نخستی‌ها سریع‌تر تغییر یافته‌اند.

این الگو نشان‌دهنده سیستمی است که تحت فشارهای متنوع ناشی از رژیم غذایی و میکروب‌ها قرار دارد. برخی تفاوت‌ها از تغییر در توالی‌های تنظیمی ناشی می‌شوند؛ بخش‌هایی از DNA که زمان فعال شدن ژن را کنترل می‌کنند.

رژیم غذایی ردپای خود را در دهان ما گذاشته است

مطالعات گذشته نشان داده‌اند افرادی که در گذشته رژیم‌های پرنشاسته داشته‌اند، نسخه‌های بیشتری از ژن آمیلاز بزاقی دارند. این آنزیم، نشاسته را به قند تجزیه می‌کند و مقدار آن در میان افراد بسیار متفاوت است.

«ما ثابت کردیم که ترکیب پروتئین‌های بزاق تحت‌تأثیر رژیم غذایی است.»
— دکتر رول

عادات غذایی انسان‌های اولیه احتمالاً باعث افزایش سطح آمیلاز در بزاق شد، درحالی‌که بیشتر میمون‌ها مقدار بسیار کمتری از آن دارند. این تغییرات غذایی با دگرگونی‌های ژنتیکی هم‌راستا بوده‌اند و تعیین می‌کنند چه مقدار از این آنزیم تولید می‌شود.

در همان خوشه ژنی، چند ژن بزاقی در نزدیکی کازئین‌های شیری قرار دارند که انتقال کلسیم را در تغذیه نوزادان تسهیل می‌کنند. این نزدیکی، نشان‌دهنده استفاده از سازوکارهای مشابهی است که بعدها در محافظت از دندان‌ها نقش یافتند.

بزاق؛ نگهبان طبیعی دندان‌ها

تحقیقات کلاسیک نشان می‌دهند که بزاق با نگه‌داشتن کلسیم در حالت فرااشباع، از مینای دندان محافظت می‌کند. پروتئین کوچکی به نام استاترین در حفظ این تعادل نقشی کلیدی دارد.

استاترین با حفظ حلالیت کلسیم، به ترمیم روزانه مینای دندان بین وعده‌های غذایی کمک می‌کند و مانع از رسوب ناخواسته مواد معدنی می‌شود که می‌تواند سطح دندان را زبر کند.

گروه دیگری از پروتئین‌ها، هیستاتین‌ها هستند که با فلزات پیوند می‌خورند و به میکروب‌ها حمله می‌کنند. پژوهش‌های تازه نشان می‌دهند که هیستاتین ۵ همراه با روی و مس، در مقابله با قارچ‌ها نقش دارد و لایه‌ای دیگر از دفاع طبیعی دهان را تشکیل می‌دهد.

در مجموع، این پروتئین‌ها به دندان‌ها کمک می‌کنند در برابر اسید، فشار جویدن و میکروب‌ها مقاومت کنند. ژن‌های پشت این سیستم دفاعی، نشان می‌دهند که این ابزارها در نخستی‌ها چطور متنوع شده‌اند.

ژن‌های بزاقی انسان متفاوت‌اند

داده‌های جامع غدد بزاقی نشان می‌دهد که الگوهای فعالیت ژن‌ها (ترنسکریپتوم) بسته به نوع غده و مرحله رشد متفاوت‌اند. نتایج نشان داده‌اند که چندین ژن فراوان در بزاق انسان، معادل مستقیمی در موش ندارند.

این تفاوت‌ها نتیجه گردش ژنی (gain/loss) مکرر در طول تکامل است و توضیح می‌دهد چرا مدل‌های حیوانی همیشه بازتاب دقیقی از زیست‌شناسی دهان انسان نیستند.

بزاق انسان احتمالاً امضای مولکولی منحصربه‌فردی دارد که توسط رژیم غذایی و میکروب‌ها شکل گرفته است؛ امضایی که می‌تواند تفاوت در طعم، بافت و حتی خطر بیماری‌ها را توضیح دهد.

از تکامل تا سلامت روزمره

در میان پستانداران، افزایش تعداد نسخه‌های ژن آمیلاز با رژیم‌های پرنشاسته هم‌زمان بوده است. این تفاوت در تعداد نسخه‌های ژن، سطح آنزیم و سوخت‌وساز بدن را تغییر می‌دهد.

برای استفاده بالینی از بزاق به‌عنوان مایع تشخیصی، پزشکان باید استانداردهای پایه‌ای را ایجاد کنند که تنوع فرهنگی و تغذیه‌ای را در نظر گیرد. چنین داده‌هایی می‌تواند هشدارهای زودهنگام برای بیماری‌های دهان را دقیق‌تر کند.

دندان‌پزشکان هم‌اکنون میزان پلاک و اسیدیته را بررسی می‌کنند، اما تحلیل پروتئین‌ها و ژن‌ها می‌تواند دقت بیشتری ایجاد کند. تغییرات کوچک در بیان ژن ممکن است تفاوت میان دهان‌های مقاوم و آسیب‌پذیر را تعیین کند.

این نقشه تکاملی تازه، پروتئین‌هایی را شناسایی می‌کند که در تعامل دهان با غذا و میکروب‌ها بیشترین اهمیت را دارند و همچنین نشان می‌دهد کجا زیست‌شناسی انسان از مدل‌های آزمایشگاهی متداول فاصله دارد.

نتایج این پژوهش در نشریه Genome Biology and Evolution منتشر شده است.

جمع‌بندی

تکامل بزاق انسان، تصویری تازه از چگونگی سازگاری بدن ما با محیط، غذا و میکروب‌ها ارائه می‌دهد. از درک بهتر این مایع ارزشمند تا کاربردهای تشخیصی آن، دهان ما آینه‌ای از تاریخ تکامل انسان است.