Diversitatea genetică umană

Oamenii au un genom comun ca specie, dar fiecare persoană poartă o combinație de variante genetice. Variația poate consta într-o singură bază, în segmente inserate sau eliminate ori în schimbări mai mari ale structurii cromozomilor. Reproducerea sexuată combină variantele părinților, iar mutațiile pot introduce variante noi. Aceste diferențe ajută cercetătorii să urmărească istoria populațiilor și să înțeleagă unele riscuri de boală, dar nu împart oamenii în grupe biologice rigide și separate.

Diferențele dintre indivizi nu se citesc direct din aspectul exterior. Două persoane pot arăta asemănător și pot avea multe variante diferite, sau pot arăta diferit deși au majoritatea ADN-ului foarte asemănător. Într-o populație, frecvența unei variante se poate schimba prin migrație, deriva genetică, selecție și istorie demografică. O variantă mai frecventă într-o regiune nu aparține exclusiv persoanelor de acolo. Când interpretezi un grafic, separă frecvența statistică de caracteristicile unei persoane concrete. Lecțiile Genomul uman, Mutațiile: tipuri și efecte și Factorii evoluției oferă context pentru genom, apariția variației și schimbările ei între generații.

Variabilitatea genetică se măsoară prin frecvențe ale alelelor, heterozigozitate și diferențe de secvență. Structura populațiilor este influențată de migrație, efect fondator, derivă și selecție. Distribuțiile variantelor sunt de regulă continue și suprapuse între grupuri umane, astfel încât apartenența la un grup uman nu indică precis genotipul. Interpretarea medicală se face la nivelul variantei și al contextului individului.

Două persoane pot avea variante diferite ale aceleiași gene fără ca una să fie „normală” și cealaltă „defectă”. De exemplu, sistemul ABO are alelele ${\mathrm{I}}^{\mathrm{A}}$, ${\mathrm{I}}^{\mathrm{B}}$ și $i$; combinațiile lor produc grupe sanguine diferite. Variația unei trăsături complexe, precum înălțimea, implică multe gene și mediul, astfel nu se deduce dintr-un singur locus.

Două persoane alese la întâmplare au ADN identic în aproximativ 99,9% din poziții; diferențele sunt în principal polimorfisme ale unui singur nucleotid (SNP), adică poziții în care populația are două sau mai multe baze alternative, fiecare cu frecvență de cel puțin 1%. Un genom individual conține câteva milioane de variante față de genomul de referință. Cea mai mare parte a variației (aproximativ 85–90%) se găsește în interiorul populațiilor locale, iar diferențele medii între continente reprezintă o parte mică; „rasa” nu este o categorie genetică precisă. Populațiile din Africa au diversitate genetică mai mare decât cele din restul lumii, deoarece grupurile care au părăsit Africa au fost un eșantion restrâns (efect fondator, în cadrul ipotezei „Out of Africa”). Efectul fondator apare când o populație nouă pornește de la puțini indivizi și frecvențele alelelor lor diferă de cele din populația de origine; deriva genetică este schimbarea întâmplătoare a frecvențelor în populații mici.

Exemplu rezolvat 1: câte diferențe între două persoane? Genomul haploid are $3,1\cdot 10^9$ perechi de baze, iar diferența medie dintre două persoane este de aproximativ 0,1%.

1. Numărul de poziții diferite: $3,1\cdot 10^9\cdot 0,001=3,1\cdot 10^6$, adică aproximativ 3 milioane.
2. Majoritatea sunt în regiuni necodificatoare sau nu schimbă proteina; o parte mică modifică aminoacizi.
3. Concluzie: oamenii sunt foarte asemănători ca specie, iar variația individuală este totuși mare ca număr absolut de poziții.

Exemplu rezolvat 2: frecvența genotipurilor pentru o alelă rară. Alela CCR5-Δ32 are frecvența $q=0,10$ la populațiile europene; ea conferă rezistență la infecția cu HIV la homozigoți.

1. Homozigoții $\Delta 32/\Delta 32$: $q^2=0,10^2=0,01$, adică 1%.
2. Heterozigoții: $2pq=2\cdot 0,90\cdot 0,10=0,18$, adică 18%.
3. Persoanele fără alelă: $p^2=0,81$, adică 81%.
4. Concluzie: frecvența alelei diferă între regiuni și nu aparține exclusiv unei populații; rezultatul se aplică populației, nu unei persoane.

ADN-ul mitocondrial și cromozomul Y permit urmărirea unor linii materne și paterne, deoarece se transmit fără recombinare, iar analiza lor a ajutat la reconstituirea migrațiilor umane. Proiectul Genomurilor 1000 a catalogat milioane de variante din zeci de populații.

Greșeli frecvente

• Greșit: O variantă frecventă într-o populație aparține exclusiv acelei populații.
  Corect: Frecvența poate diferi între populații, fără ca varianta să fie exclusivă uneia.
• Greșit: Aspectul exterior arată întreaga diversitate genetică a persoanei.
  Corect: Aspectul reflectă doar o mică parte din variația genomică.
• Greșit: Diferențele dintre rase se explică prin diferențe mari de ADN.
  Corect: Diferențele medii între populațiile continentale sunt mici față de variația din interiorul fiecărei populații, iar „rasa” nu este o categorie genetică precisă.

Înainte și după