Biologia I

Mendel sugerował, że tylko dwa allele, jeden dominujący i jeden recesywny, mogą istnieć dla danego genu. Obecnie wiemy, że jest to zbytnie uproszczenie. Chociaż poszczególni ludzie (i wszystkie diploidalne organizmy) mogą mieć tylko dwa allele dla danego genu, na poziomie populacji może istnieć wiele alleli, tak że obserwuje się wiele kombinacji dwóch alleli. Należy zauważyć, że gdy istnieje wiele alleli dla tego samego genu, konwencją jest oznaczanie najczęstszego fenotypu lub genotypu wśród dzikich zwierząt jako typ dziki (często oznaczany skrótem „+”); jest on uważany za standard lub normę. Wszystkie inne fenotypy lub genotypy są uważane za warianty tego standardu, co oznacza, że odbiegają one od dzikiego typu. Wariant może być recesywny lub dominujący w stosunku do allelu typu dzikiego.

Przykładem wielu alleli jest kolor sierści u królików (Rysunek 1). W tym przypadku istnieją cztery allele dla genu c. Wersja typu dzikiego, C+C+, jest wyrażona jako brązowe futro. Fenotyp szynszyli, cchcch, jest wyrażony jako białe futro z czarnymi końcówkami. Fenotyp himalajski, chch, ma czarne futro na kończynach i białe futro w innych miejscach. Wreszcie, fenotyp albinotyczny, lub „bezbarwny”, cc, jest wyrażony jako białe futro. W przypadku występowania wielu alleli może istnieć hierarchia dominacji. W tym przypadku allel typu dzikiego jest dominujący nad wszystkimi innymi, szynszyla jest niekompletnie dominująca nad himalajską i albinosem, a himalajska jest dominująca nad albinosem. Ta hierarchia, lub seria alleli, została ujawniona poprzez obserwację fenotypów każdego możliwego potomstwa heterozygoty.

Ryc. 1. Cztery różne allele istnieją dla genu koloru sierści królika (C).

Rysunek 2. Jak widać w porównaniu dzikiego typu Drosophila (po lewej) i mutanta Antennapedia (po prawej), mutant Antennapedia ma nogi na głowie zamiast anten.

Całkowita dominacja fenotypu typu dzikiego nad wszystkimi innymi mutantami często występuje jako efekt „dawkowania” określonego produktu genu, tak że allel typu dzikiego dostarcza prawidłową ilość produktu genu, podczas gdy allele mutantów nie mogą. W przypadku serii alleli u królików, allel typu dzikiego może dostarczać danej dawki pigmentu futra, podczas gdy mutanty dostarczają mniejszą dawkę lub nie dostarczają jej wcale. Co ciekawe, fenotyp himalajski jest wynikiem allelu, który wytwarza produkt genu wrażliwego na temperaturę, który wytwarza pigment tylko w chłodniejszych końcach ciała królika.

Alternatywnie, jeden zmutowany allel może być dominujący w stosunku do wszystkich innych fenotypów, w tym typu dzikiego. Może się to zdarzyć, gdy zmutowany allel w jakiś sposób zakłóca przekaz genetyczny tak, że nawet heterozygota z jedną kopią allelu typu dzikiego wyraża zmutowany fenotyp. Jednym ze sposobów, w jaki zmutowany allel może ingerować jest wzmocnienie funkcji produktu genu typu dzikiego lub zmiana jego dystrybucji w organizmie.

Jednym z przykładów jest mutacja Antennapedia u Drosophila (Rysunek 2). W tym przypadku zmutowany allel rozszerza dystrybucję produktu genu, w wyniku czego u heterozygoty Antennapedia na głowie w miejscu, gdzie powinny znajdować się anteny, rozwijają się nogi.

Multiple Alleles Confer Drug Resistance in the Malaria Parasite

Malaria jest chorobą pasożytniczą u ludzi, która jest przenoszona przez zakażone samice komarów, w tym Anopheles gambiae (Rysunek 3a), i charakteryzuje się cyklicznymi wysokimi gorączkami, dreszczami, objawami grypopodobnymi i ciężką anemią. Plasmodium falciparum i P. vivax są najczęstszymi czynnikami wywołującymi malarię, przy czym P. falciparum jest najbardziej śmiertelny (ryc. 3b). W przypadku szybkiego i prawidłowego leczenia śmiertelność z powodu malarii wywołanej przez P. falciparum wynosi 0,1%. Jednak w niektórych częściach świata pasożyt ten wytworzył odporność na powszechnie stosowane metody leczenia malarii, więc najskuteczniejsze metody leczenia mogą się różnić w zależności od regionu geograficznego.

Ryc. 3. (a) Anopheles gambiae, lub afrykański komar malarii, działa jako wektor w przenoszeniu na ludzi pasożyta wywołującego malarię (b) Plasmodium falciparum, tutaj zwizualizowany przy użyciu mikroskopii elektronowej transmisyjnej w fałszywych kolorach. (kredyt a: James D. Gathany; kredyt b: Ute Frevert; false color by Margaret Shear; dane scale-bar od Matt Russell)

W Azji Południowo-Wschodniej, Afryce i Ameryce Południowej, P. falciparum rozwinął oporność na leki przeciwmalaryczne: chlorochinę, meflochinę i sulfadoksynę-pirymetaminę. P. falciparum, który jest haploidalny podczas etapu życia, w którym jest zakaźny dla ludzi, rozwinął wiele lekoopornych zmutowanych alleli genu dhps. Z każdym z tych alleli związany jest różny stopień oporności na sulfadoksynę. Będąc haploidem, P. falciparum potrzebuje tylko jednego lekoopornego allelu, aby wyrazić tę cechę.

W Azji Południowo-Wschodniej różne, oporne na sulfadoksynę allele genu dhps są zlokalizowane w różnych regionach geograficznych. Jest to powszechne zjawisko ewolucyjne, które występuje, ponieważ lekooporne mutanty pojawiają się w populacji i krzyżują się z innymi izolatami P. falciparum znajdującymi się w bliskim sąsiedztwie. Pasożyty oporne na sulfadoksynę powodują znaczne trudności dla ludzi w regionach, w których lek ten jest szeroko stosowany jako lek na malarię dostępny bez recepty. Jak to bywa z patogenami, które namnażają się w dużych ilościach w cyklu infekcyjnym, P. falciparum ewoluuje stosunkowo szybko (w ciągu kilkunastu lat) w odpowiedzi na selektywną presję powszechnie stosowanych leków przeciwmalarycznych. Z tego powodu naukowcy muszą stale pracować nad rozwojem nowych leków lub kombinacji leków, aby zwalczać światowe obciążenie malarią.

Multiple Alleles (ABO Blood Types) and Punnett Squares