Tema 5 (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Pompeu Fabra (UPF)
Grado Medicina - 2º curso
Asignatura Evolució humana i salut
Año del apunte 2016
Páginas 8
Fecha de subida 19/04/2016
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Evolució Humana i Salut 2n Medicina UPF-UAB, 1r Trimestre Bloc 1: Els processos evolutius 7/10/2015   Tema 5: Les forces de l’evolució I En aquest tema es veuran: § § Els diferents models de variació En concret ens centrarem en la primera força evolutiva que és selecció natural.
S’estudiarà com aquesta força pot canviar les freqüència al·lèliques de les poblacions al llarg del temps Aquests punts s’explicaran sempre en base a models molt senzills: un gen amb dos al·lels possibles que en funció de la relació existent entre ells (dominants, recessius, genotips afavorits, etc.) permetran la distinció de diferents models de selecció.
1.
Les forces de l’evolució: selecció, mutació , migració i deriva Caracteritzem la composició genètica de les poblacions humanes a partir de les freqüències al·lèliques, és a dir, quants al·lels de cada tipus es troben respecte al total de la població.
Aquestes freqüències al·lèliques es poden: A) Mantenir estables al llarg del temps B) Ser modificades per les diferents forces evolutives → deriva genètica, migració, mutació i selecció natural EFECTES DE LA SELECCIÓ NATURAL *Tot i que estudiem les forces evolutives per separat, evidentment en les poblacions natural no només tenim selecció natural, sinó que tenim l’efecte de diverses (o totes) les forces evolutives alhora.
Per a modelar l’efecte de la Selecció natural es fa servir el concepte d’Eficàcia biològica (W).
Indica la probabilitat relativa per a un determinat genotip de sobreviure o deixar descendència en funció del genotip més ben adaptat. Hi haurà una W específica per a cadascun dels genotips possibles. Sempre agafarà valors de 0 a 1: 2.
* * * *   On 0 = el genotip no deixa cap descendència On 1 = tots els descendents d’aquest genotip passen a la següent generació Selecció contra l’homozigot recessiu            *   *Sempre que estudiem l’efecte de la selecció es farà servir el mateix esquema (tan en model teòric com en problemes de genètica de poblacions): A dalt els diferents genotips possibles Al lateral, - Freq. Genotípiques inicials (sota HW) - W: Fitness o eficàcia biològica - Contribució de genotips - Freqüència normalitzada Evolució Humana i Salut 2n Medicina UPF-UAB, 1r Trimestre Bloc 1: Els processos evolutius 7/10/2015 *HW = Condicions Hardy-Weinberg: quan no actua cap tipus de força evolutiva sobre la població.
Model de selecció contra l’homozigot recessiu: no es reprodueixen tots els gàmetes del genotip de l’homozigot recessiu (aa) i alguns no passen a la descendència. Això és degut a que “aa” no sobreviu amb la mateixa eficàcia que la resta de genotips (mínima eficàcia biològica).
Per a modelar aquest efecte i conèixer les freqüències genotípiques de la següent generació*, es multipliquen les freqüències genotípiques* esperades sobre HW (p2 / 2pq / q2) per l’eficàcia biològica* de cada genotip (WAA / WAa / Waa) = Contribució de genotips*.
Com que es treballa amb un model de selecció contra l’homozigot recessiu, es dedueix que la selecció anirà en contra d’aquest genotip. Així doncs: - WAA i WAa (genotips homozigot dominant i heterozigot), tindran un Fitness = 1 à màxima eficàcia biològica Waa (genotip homozigot recessiu) tindrà un Fitness = 1 – s à mínima eficàcia biològica *s = coeficient de selecció en contra: marca la quantitat de desafavoriment que presenta el genotip afectat.
*D’entrada no tenim per què saber quin tipus de selecció està operant. En cas de no estar indicat en el problema, hi ha dues estratègies per calcular Fitness (W): 1.
2.
Nombre de genotips: al problema s’indicarà quants descendents deixa cada genotip, de manera que nomes s’hauran de comparar els diferent genotips. El que deixi més descendents serà aleshores el que presenti màxima eficàcia biològica (afavorit).
Freqüències genotípiques: es comparen les freqüències genotípiques d’aquells genotips observats en un població respecte les freqüències genotípiques esperades segons HW. Si són aproximadament iguals, aleshores l’eficàcia biològica serà igual per a tots el genotips.
Si pel contrari s’observen molts menys individus dels estimats per HW, aleshores aquest és un indicador de selecció contraria (desafavorit).
Ara ja haurem avançat els càlculs fins a la tercera fila de la taula: Contribució de genotips a la següent generació* = freqüències genotípiques* x eficàcia biològica* (p2 / 2pq / q2(1-2)) Un cop calculades les freqüències genotípiques de la següent generació* podem intentar calcular dos conceptes diferents: La freqüències al·lèliques de la següent generació, que és igual a la (freqüència del homozigots + freqüència heterozigots) i tot dividit entre dos.
*Les fórmules de les freqüències al·lèliques només funcionen quan la freqüències genotípiques* sumen 1. I en aquest cas, la suma de p2 + 2pq + q2(1-2) < 1. Per tant haurem d’esperar a les freqüències normalitzades per tal de calcular p1 i q1 El resultat de sumar les freqüències genotípiques de la següent generació, p2 + 2pq + q2(1-2), és el que es coneix com Fitness promig (W) = 1 – sq2*     Evolució Humana i Salut 2n Medicina UPF-UAB, 1r Trimestre Bloc 1: Els processos evolutius 7/10/2015 El Fitness promig (W)*   es pot simplificar com a 1 – sq2, que ve de fer una demostració matemàtica (p2 + 2pq + q2(1-2) = p2 + 2pq + q2 - sq2 = (p2 + 2pq + q2) - sq2 = (p+q)2 –sq2 = 1 – sq2) que no cal saber. A la pràctica només caldrà sumar la contribució de genotips per tal d’obtenir W. Aquesta W indica el nivell d’adaptació de la població a l’ambient:   - Quan major sigui W à més propera a 1 à població millor adaptada Quan menor sigui W à més llunyà a 1 à població menys adaptada (encara falten moltes generacions per a que a que vagin canviant les freqüències al·lèliques i aquella població s’acabi adaptant) Finalment arribem als valor de la quarta línia: la freqüència normalitzada* que obtindrem en dividir cadascuna de les freqüències genotípiques de la següent ! ! ! ( !  /   !"# /   ! (!!!) ). La suma de les freqüències normalitzades generació entre W si que serà = 1.
!! !!   !! !!   !! !!   De manera que en aquesta última línia de la taula obtenim les freqüències genotípiques dels descendents després de que la població inicial s’hagi reproduït amb un model de selecció homozigot recessiu.
A partir d’aquestes freqüències SI que podem calcular les freqüències al·lèliques.
  * Mentre que en HW la freqüència al·lèlica (p1) seria igual en pare si fills, s’espera que la freqüència al·lèlica de l’al·lel A sigui major en la generació filial que no en la generació parental perquè l’al·lel a (q1) està desafavorit: part dels individus que en HW haurien estat “aa” passen a “AA” / “Aa” per efecte del model se selecció en contra homozigot recessiu.
Dominància i recessivitat (A1, al·lel afavorit) Model de selecció a favor d’un al·lel (A1) que pot ser: b) Si A1 dominant à anirà augmentant poc a poc generació rere generació à fins fixar-se c) Si A1 recessiu à disminuirà la velocitat en que arriba a fixar-se en la població (trigarà moltes més generacions en fixar-se) *Que un al·lel sigui o no afavorit és independent de que sigui dominant o recessiu ! l’al·lel sempre s’acabarà fixant més ràpida o lentament.
  Evolució Humana i Salut 2n Medicina UPF-UAB, 1r Trimestre Bloc 1: Els processos evolutius 3.
7/10/2015 Selecció a favor de l’heterozigot (sobredominància) En aquest nou model, la màxima eficàcia biològica pertany als heterozigots.
En aquests cas tots els homozigots seran seleccionats en contra.
Contràriament, el genotip “Aa” o la freqüència genotípica inicial 2pq estarà afavorit.
En aquest tipus de selecció les proporcions dels dos al·lels al cap de diverses generacions seran estables, és a dir, tots dos al·lels es mantindran en unes freqüència d’equilibri a les quals tendeix tot model de selecció a favor del heterozigots i que dependran directament del coeficients de selecció (s) en contra que tingui cada al·lel.
w11  =  eficàcia  biològica  A1A1  =  1  –  s1  =  0’9  !  s1  =  0’1   w22  =  eficàcia  biològica  A2A2  =  1  –  s2  =  0’9  !  s2  =  0’2   𝑝̂  =  0’2  /  0’3  =  0’667    =  freqüència  d’equilibri   Exemple concret de selecció: L’Anèmia falciforme i la seva relació amb la malària L’ Hb és la proteïna (constituïda per dues cadenes β i dues α) encarregada de transportar l’oxigen per la sang. L’Hb S presenta una mutació en la cadena β d’una Val per un Glu que fa es que la proteïna es sintetitzi de forma incorrecta formant agregats. Així, els eritròcits agafen forma de falç (d’aquí el nom) En aquest cas, els homozigots recessius (aa) expressen la malaltia.
Vists els fets anteriors, s’esperaria que la distribució de Hb S desapareixes perquè no és una mutació afavorida. No obstant, hi ha poblacions on l’al·lel es manté entre aproximadament un 10% sense desaparèixer.
  Evolució Humana i Salut 2n Medicina UPF-UAB, 1r Trimestre Bloc 1: Els processos evolutius (A)   7/10/2015 (B)   A què es deu aquesta observació? Amb el temps es va veure que la seva distribució és similar a la de la malària. En aquells llocs on la malària és endèmica, l’al·lel per Hb S es manté (situació A) perquè els individus heterozigots per a aquest al·lel presenten major resistència a la malària: a més de no expressar anèmia falciforme per ser recessiva, tampoc s’infectaran de malària perquè el plasmòdium no es podrà reproduir.
- Els individus portadors d’un al·lel S però amb Hb normal (heterozigots AS) à més resistents a la malària à en ser infectats els eritròcits per malària, el protozou no es pot reproduir Els individus amb Hb normal (homozigots AA) à no tenen anèmia falciforme à però si viuen en una zona de malària à major % d’agafar malària Els individus amb Hb S (homozigots SS) à presenten anèmia falciforme à en general la selecció sempre serà contra el recessiu à eficàcia biològica disminuïda sempre Conclusió: en zones de malària hi ha una pressió selectiva per a mantenir l’al·lel Hb S tot i que en homozigosi (SS) causi anèmia falciforme.
*L’eficàcia biològica dependrà de l’ambient on es trobin els individus. Un determinat al·lel que abans causava perjudici pot transformar-se a beneficiós per causes ambientals.
Selecció i canvi en les freqüències al·lèliques Sempre que tinguem un cas de selecció i es vulgui conèixer el canvi de freqüències al·lèliques farem la següent taula amb: els tres genotips, les freqüències genotípiques per HW i les eficàcies biològiques.
També calcularem la contribució de genotips (la suma dels seus valors serà Fitness promig) i freqüència normalitzada real de la següent generació.
  Evolució Humana i Salut 2n Medicina UPF-UAB, 1r Trimestre Bloc 1: Els processos evolutius 7/10/2015 Exemple. Problema Hb S En una població africana hi ah 29 individus HbS HbS; 2993 HbS HbA; 9365 HbA HbA, Calcula l’eficàcia biològica d’aquests tres genotips i indicada el possible canvi de freqüències al·lèliques en una generació.
P = 9365/12387 H = 2993/12387 Q= 29/12387 Freqüències al·lèliques: ! ! p=P+ / q=Q+ ! ! Freqüències genotípiques esperades L’Eficàcia biològica (w) tenim dues maneres de trobar-la: 1. Si sabem el nombre de descendents que deixa cada genotip ! no ho tenim 2. Comparant les freqüències genotípiques que s’observen (P / H / Q) amb les freqüències genotípiques esperades sota HW (p2 / 2pq / q2) ! si ho tenim AA = 0’756/0’769 = 0’98 AS = 0’242/0’216 = 1’12 SS = 0’002/0’015 = 0’13 Aquests resultats ens donen una idea sobre viabilitat (encara no tenim w), és a dir, quins és el genotip més viable: l’heterozigot AS, degut a que tenen una relació > 1, mentre que en la resta és < 1. Per als dos homozigots s’observen menys individus dels que s’esperarien sota HW. En canvi, per als heterozigots s’estan observant més individus dels esperats sota HW.
Ara bé, per tal d’aproximar-nos realment al valor d’eficàcia biològica (probabilitat de sobreviure i/o deixar descendència d’un genotip respecte del més ben adaptat), el que fem és dividir cada un d’aquests valors obtinguts entre el que té la màxima viabilitat. De manera que les w per a cada genotip seran: wAA = 0’98/1’12 = 0’875 wAS = 1’12/1’12 = 1 w SS = 0’13/1’12 = 0’116 En la segons part del problema, per calcular el possible canvi de freqüències al·lèliques de cara a la següent generació necessitem: 1r) Proporcions de les freq.
genotípiques sota HW 2n) Valor w (primera part) 3r) Multiplicar per a cada genotip: la freq. genotípica 4.sota HW per la seva w = contribució de genotips   Evolució Humana i Salut 2n Medicina UPF-UAB, 1r Trimestre Bloc 1: Els processos evolutius 7/10/2015 3r) Obtenció de contribució de genotips: wAA x p2 = 0’875 x 0’769 = 0’672 wAS x 2pq = 1 x 0’216 = 0’216 wSS x q2 = 0’116 x 0’015 = 0’002 4t) Amb la suma de la contribució de genotips s’obté la Fitness promig o Eficàcia biològica ! ) = 0’672 + 0’216 + 0’002 = 0’89 promig de la població (W ! , s’obtenen les freqüències 5è) Si dividim la contribució genotip per el valor de W genotípiques que s’esperaran a la següent generació, després de que aquesta població s’hagi reproduït una generació sota aquets model de població: ! = 0’755 0’672/W ! = 0’243 0’216/W ! = 0’002 0’002/ W 6è) A partir de les freqüències genotípiques esperades per a la següent generació (freqüència normalitzada) si que es poden obtenir les freqüències al·lèliques d’aquesta futura generació: p1 = P + ! ! = 0’877 / q1 = Q + ! ! = 0’123 Conclusió: les freqüències al·lèliques de la generació parental (p / q) i les freqüències al·lèliques de la generació filial (p1 / q1) són tan similars (iguals) perquè treballem en un model de selecció a favor de l’heterozigot (anèmia falciforme).
4.
Codominància i dosi gènica Fins ara hem vist que un al·lel pot ser: - Dominant Recessiu Ens els heterozigots podrien expressar-se el dos al·lels = efecte intermig Quan tenim un efecte intermig, parlem d’efectes additius o de dosi gènica o de codominància.
Quan tenim aquest casos de selecció, la manera que tenim per a quantificarne l’efecte és mitjançant h = grau de dominància de l’al·lel A2 (seleccionat en contra) sobre l’al·lel A1. Això implica que els heterozigots (A1A2) no seran ni blancs, ni negres, sinó una barreja de color gris.
Com es modela el canvi de freqüències al·lèliques? - Si tenim un al·lel dominant: canvi ràpid per a la fixació de l3l·lel a traves de les generacions - Si es un al·lel recessiu: triga moltes generacions a fixar-se - En la codominància es triga una mica menys que si l’al·lel fos 100% dominant, però augmenta bastant ràpidament.
  Evolució Humana i Salut 2n Medicina UPF-UAB, 1r Trimestre Bloc 1: Els processos evolutius 7/10/2015 Aquestes fórmules ens permetran modular qualsevol canvi de freqüències al·lèliques si tenim un model de selecció on l’A1 és dominant o recessiu o on té efectes additius.
Sempre hi haurà unes freqüències al·lèliques inicials (p0 / q0), unes freqüencials al·lèliques finals (pt / qt) que obtenim desprès de donades “t generacions” i donat una determinat coeficient de selecció (s).
El grau de dominància pot ser: § § § h = 0 à al·lel dominant afavorit h = 1 à al·lel recessiu afavorit h = ½ à codominància. Al·lel additiu afavorit: triga una mica menys que si l’al·lel fos 100% dominant, però augmenta de forma bastant ràpida.
Reflexions - L’actuació de les selecció pot formalitzar-se (matemàticament) - La selecció sobre una variant genètica depèn de: o o o   Efecte sobre el fenotip La relació de dominància Dependència de l’ambient - Hi ha un equilibri final i una certa dinàmica per arribar a aquest - Hi ha molt exemples moleculars coneguts ...