Determinismul genetic al caracterelor umane

Caracterele umane apar din interacțiunea dintre informația genetică și dezvoltarea organismului în mediu. Unele trăsături sau boli se leagă puternic de o variantă într-o singură genă și pot fi studiate cu modele mendeliene. Multe alte caracteristici, precum înălțimea, sunt influențate de numeroase gene și de factori precum nutriția și sănătatea. Chiar și atunci când o variantă genetică are un efect important, rezultatul poate depinde de alte gene, vârstă și mediu.

Exemple de caractere fenotipice sunt grupa sangvină ABO, factorul Rh, culoarea ochilor și a părului, pigmentația pielii și forma lobului urechii. ABO urmează un model bine descris prin alelele $L^A$, $L^B$ și $l$; culoarea ochilor, a părului și forma lobului urechii nu se reduc sigur la o singură pereche dominant–recesiv. O familie împarte atât variante genetice, cât și o parte din mediu. Pentru un caracter cu model simplu poți analiza un arbore genealogic și o probabilitate; pentru unul complex este nevoie de date despre multe persoane. Lecțiile Ereditatea poligenică, Ereditatea multifactorială și Monohibridarea și puritatea gameților explică modelele și limitele lor.

În studiile umane, arborii genealogici, comparațiile populaționale și experimentele funcționale oferă dovezi diferite. Un model mendelian nu trebuie extins la trăsături poligenice fără confirmare.

Factorul Rh este determinat de gena RHD de pe cromozomul 1: alela dominantă $R$ produce antigenul D (Rh pozitiv: $RR$ sau $Rr$), iar alela recesivă $r$ nu produce antigen (Rh negativ: $rr$). Pigmentația părului și a pielii depinde de cantitatea și de tipul melaninei din melanocite: eumelanina dă nuanțe brune și negre, feomelanina dă nuanțe roșcate. Părul roșu este asociat cu variante ale genei MC1R care scad producția de eumelanină și se moștenește recesiv. Celelalte nuanțe de păr și culoarea pielii sunt poligenice, cu zeci de gene (printre ele MC1R, SLC24A5 și OCA2), deci variază continuu. Albinismul oculocutanat, în care melanina lipsește, este un caracter monogenic recesiv. Lobul urechii liber este prezentat în manuale ca dominant față de cel atașat, dar studiile pe populații arată că trăsătura depinde de mai multe gene, deci modelul cu o singură pereche de alele este o simplificare.

Memoria, inteligența, comportamentul și temperamentul sunt caractere poligenice, influențate puternic de mediu. Memoria depinde de sinapsele din hipocamp, la a căror formare participă proteine codificate de gene precum BDNF (factor de creștere al neuronilor); o variantă a unei singure gene explică doar o mică parte din diferențele dintre persoane. La inteligență, gemenii monozigoți au scoruri mai asemănătoare decât cei dizigoți. Heritabilitatea inteligenței măsurate prin teste, la adulți, este de ordinul 0,5–0,8 și se referă la variația dintr-o populație, nu la o persoană. Temperamentul (liniștea sau neliniștea, sociabilitatea, reactivitatea la stres) are heritabilitate de aproximativ 0,4–0,5, iar comportamentul rezultă din interacțiunea genelor cu familia, școala și experiențele trăite: același genotip poate da comportamente diferite în medii diferite. Un scor sau un rezultat de test nu măsoară valoarea unei persoane și nu prezice exact evoluția ei.

Relația dintre genotip și fenotip are mai multe trăsături. Penetranța este proporția purtătorilor unui genotip care manifestă fenotipul; expresivitatea este gradul în care se manifestă. Pleiotropia este efectul unei gene asupra mai multor caractere: gena pentru fibrilina-1, mutată în sindromul Marfan, afectează scheletul, ochiul și aorta; alela S a hemoglobinei produce, într-o singură modificare, anemie, crize dureroase și rezistență la malarie. Epistazia apare când o genă maschează expresia alteia: la fenotipul Bombay, persoana nu are gena H funcțională (genotip hh), nu sintetizează antigenul H, precursor al antigenelor A și B, și are fenotip de grupă O chiar dacă a moștenit alela $L^A$ sau $L^B$. Culoarea ochilor depinde în principal de genele OCA2 și HERC2 de pe cromozomul 15, dar și de alte gene, deci nu este o trăsătură cu două clase simple. Alela $\epsilon 4$ a genei APOE crește riscul bolii Alzheimer, fără a-l determina.

Exemplu rezolvat 1: penetranța incompletă. Polidactilia (degete suplimentare) este determinată de o alelă dominantă. Într-o familie, 10 persoane poartă alela, dar numai 8 au degete suplimentare.

1. Penetranța: $\frac{8}{10}=80\%$.
2. Cele două persoane purtătoare fără fenotip pot totuși transmite alela copiilor, cu probabilitatea $\frac{1}{2}$ pentru fiecare copil.
3. Expresivitatea variază și între cei 8: unii au un deget în plus la o mână, alții la ambele mâini și la picioare.
4. Concluzie: pe un arbore genealogic, un caracter dominant poate „sări” o generație dacă penetranța este incompletă.

Exemplu rezolvat 2: fenotipul Bombay. O femeie are grupa O la analiza standard, dar fiica ei are grupa B, iar tatăl fiicei are grupa O.

1. Fiica are grupa B, deci a primit alela $L^B$; tatăl cu grupa O ($ll$) nu poate transmite $L^B$.
2. Alela $L^B$ provine de la mamă, deci mama are genotipul $L^{B}l$ (sau $L^B{L}^B$), chiar dacă fenotipul ei este O.
3. Explicația: mama este homozigotă $hh$ și nu sintetizează antigenul H, precursorul antigenului B, deci alela $L^B$ nu se poate exprima la ea. Fiica a primit un alel $H$ de la tată, de aceea alela $L^B$ se exprimă la ea.

Greșeli frecvente

• Greșit: Fiecare caracter uman observabil este determinat de o singură genă.
  Corect: Multe caractere implică mai multe gene și influențe ale mediului.
• Greșit: Asemănarea membrilor familiei dovedește numai influența genelor.
  Corect: Membrii familiei împart adesea și factori de mediu.
• Greșit: Inteligența unei persoane este determinată în proporție de 70% de gene.
  Corect: Heritabilitatea descrie variația dintr-o populație, într-un mediu dat, și nu proporția genetică din inteligența unei singure persoane.

Înainte și după