Genetische Studien afrikanischer Populationen zur Krankheitsanfälligkeit und Reaktion auf Impfstoffe und Therapeutika

Genetische Studien afrikanischer Populationen zur Krankheitsanfälligkeit und Reaktion auf Impfstoffe und Therapeutika

Last Updated on October 8, 2022 by Joseph Gut – thasso

02. Oktober 2022 – Vor fast 2000 Jahren schrieb der römische Gelehrte und Naturphilosoph Plinius der Ältere in seiner Naturgeschichte: “Ex Africa surgit semper aliquid novi“ (aus Afrika gibt es immer etwas Neues). Dieses Zitat lässt sich wunderbar auf genetische Studien afrikanischer Populationen anwenden, da sie eine entscheidende Ressource für die Untersuchung genetischer Risikofaktoren menschlicher Krankheiten und für neue Entdeckungen darstellen. Afrika ist die ultimative Quelle des modernen Menschen und beherbergt als solches mehr genetische Variationen als jeder andere Kontinent.

Aus diesem Grund sind Untersuchungen der Muster der genetischen Variation in afrikanischen Populationen entscheidend, um zu verstehen, wie Gene die phänotypische Variation, einschließlich der Krankheitsprädisposition, beeinflussen. Darüber hinaus sind die Muster der vorhandenen genetischen Variationen in Afrika wichtig, um zu verstehen, wie sich genetische Variation auf Infektionskrankheiten auswirkt, die in Afrika ein großes Problem darstellen, wie Malaria, Tuberkulose, Bilharziose und HIV/AIDS. Daher ist die Aufklärung der Rolle, die die genetische Anfälligkeit für Infektionskrankheiten spielt, entscheidend für die Verbesserung der Gesundheit der Menschen in Afrika. Es ist auch zu beachten, dass die jüngsten und anhaltenden sozialen und kulturellen Veränderungen in Subsahara-Afrika die Prävalenz von nicht übertragbaren Krankheiten erhöht haben, die auch genetische Analysen erfordern werden, um deren Prävention und Behandlung zu verbessern. In dieser Übersicht widmen wir vielen der vergangenen und laufenden Studien besondere Aufmerksamkeit, wobei wir diejenigen in Afrikanern südlich der Sahara hervorheben, die sich mit der Rolle der genetischen Variation bei menschlichen Krankheiten befassen. In einem umfangreichen Review hat sich ein Team aus Autoren und Forschern dieser Frage angenommen. Sie zeigen sehr detailliert, wie ausgewählte Gene die Anfälligkeit für Krankheitsphänotypen beeinflussen oder sogar dafür verantwortlich sein können, die für eine Vielzahl von Bevölkerungsgruppen in Subsahara-Afrika charakteristisch sind.

Einige Probleme bei der Auswahl der endgültigen ethnischen Zugehörigkeit und Beispiele für eindeutige Korrelationen mit der Krankheitsanfälligkeit

Wir versuchen hier, Auszüge aus der oben zitierten Übersichtsarbeit zu zeigen, um Infektionskrankheiten, seltene Krankheiten, aber auch normale chronische Krankheiten zu veranschaulichen, bei denen definitiv genetische Hintergründe bei deren Heilung bzw. der Tendenz, ihnen zum Opfer zu fallen, eine Rolle spielen. Möglicherweise finden wir jedoch keine eindeutige ethnische Abhängigkeit. Das hat sicher mit zwei Dingen zu tun.

Erstens ist Afrika eine Region mit beträchtlicher genetischer, sprachlicher und kultureller Vielfalt. Es gibt über 2’000 verschiedene ethnolinguistische Gruppen, die Sprachen sprechen, die fast ein Drittel der lebenden Sprachen der Welt ausmachen. Diese Sprachen wurden in vier große Sprachfamilien eingeteilt: Niger-Kordofanisch (vorwiegend von landwirtschaftlichen Bevölkerungsgruppen in einer breiten geografischen Verteilung in Afrika gesprochen), Afro-Asiatisch (vorwiegend von Hirten und Agropastoralisten in Nord- und Ostafrika gesprochen), Nilo-Saharan (gesprochen hauptsächlich von ost- und zentralafrikanischen Hirten) und Khoisan (eine Sprache mit Klickkonsonanten, die von Jägern und Sammlern in Süd- und Ostafrika gesprochen wird). Diese Populationen leben in unterschiedlichen Umgebungen und Klimazonen, darunter tropische Wälder, Savannen, Wüsten und Küstenregionen. Darüber hinaus haben afrikanische Bevölkerungsgruppen eine komplexe demografische Geschichte, die aus alten und jüngsten Bevölkerungswachstums- und Schrumpfungs-Ereignissen, Kurz- und Langstrecken-Migrationen besteht (z Migration von Khoisan-Sprechern aus dem östlichen ins südliche Afrika innerhalb der letzten 20’000 bis 40’000 Jahre) und unzählige lokale Bevölkerungsvermischungen. Die modernen (d.h. heute) Folgen dieser Migrationen können am Beispiel von Kamerun illustriert werden, wo unter 30 Millionen Einwohnern 250 ethnische Gruppen leben und etwa 250 verschiedene Sprachen gesprochen werden.

Zweitens: Da es heute noch keine eindeutigen genetischen Signaturprofile für eine bestimmte “Ethnie“ gibt, wird es nach wie vor sehr schwierig sein, anhand genetischer Profile Risikoprofile für die Anfälligkeit von Angehörigen bestimmter Ethnien für bestimmte ausgewählte Krankheitsphänotypen zu erkennen und bestimmten Ethnien höhere oder niedrigere Krankheitsrisiken zuzuordnen. Möglicherweise muss man sich vorerst auf Informationen zu genetischen Variationen beschränken, die mit erhöhten Risiken von Trägern dieser Variationen für Krankheitsphänotypen, Impferfolge und Arzneimittel-/Therapieerfolge verbunden sind; vielleicht noch nicht streng mit ethnischen Zugehörigkeiten verbunden, sondern eher mit Gruppen von Individuen derselben lokalen sozioökonomischen, ökologischen, kulturellen, sprachlichen und/oder Verhaltensumgebungen.

In Übereinstimmung mit dieser letzteren Einschätzung gibt es bereits viele Studien, die Krankheitsrisiken oder deren Fehlen bei Patienten ausgewählter Genotypen untersuchen. Malaria wäre ein Beispiel. Malaria ist ein ernsthaftes Gesundheitsproblem in Afrika, das für jeden fünften Todesfall bei Kindern verantwortlich ist. 2006 schätzte die WHO, dass fast 74 % der afrikanischen Bevölkerung in Malaria-endemischen Gebieten leben, etwa 19 % in epidemiegefährdeten und nur 7 % in malariafreien Gebieten. Studien an großen Bevölkerungsgruppen befassen sich mit der komplexen Genetik der Malariaanfälligkeit, und mehrere Gene wurden mit Malariaanfälligkeit in Verbindung gebracht. Bestimmte Phänomene (Signalwege) sind entscheidend für die Entwicklung einer manifesten Malaria, und genetische Varianten, die diese Prozesse stören, können vor Krankheiten schützen. Die Invasion von Erythrozyten durch Malariaparasiten ist für den Krankheitsprozess von zentraler Bedeutung, und das Duffy-Blutgruppenantigen, ein Chemokinrezeptor, der in vielen Zelltypen exprimiert und vom FY-Gen kodiert wird, ist wichtig, da Plasmodium vivax keine Personen infizieren kann, die das Duffy nicht exprimieren Antigen, was zu einem vollständigen Schutz von Duffy (-)-Individuen führt. Das Fehlen der Duffy-Expression ist auf einen Promotor-SNP zurückzuführen, der eine Bindungsstelle für den GATA-1-Transkriptionsfaktor verändert, was dazu führt, dass der Parasit nicht in der Lage ist, in rote Blutkörperchen einzudringen. Über 97 % der Menschen in West- und Zentralafrika sind Duffy (-). Das Entstehungsdatum des Duffy (-)-Genotyps wurde grob datiert, von mehr als 90.000 bis vor etwa 6.500 Jahren (Webb 2005). Es gab erhebliche Diskussionen darüber, ob die Ausbreitung von Duffy (-) auf die Überlebensselektion von Individuen (im Sinne von Charles Darvin) als Reaktion auf Plasmodium vivax zurückzuführen war oder ob es sich unabhängig und wahrscheinlich früher entwickelt hat. Die letztere Hypothese steht im Einklang mit einem südostasiatischen Ursprung von P. vivax und der unabhängigen Evolution des Duffy (-)-Genotyps in ganz Afrika. Ob sich eine strikte Korrelation der ethnischen Zugehörigkeit mit dem Malaria-Phänotyp herausgebildet hat, insbesondere wenn man die Personen berücksichtigt, die in den oben genannten epidemiegefährdeten und malariafreien Gebieten leben, bleibt eine offene Frage.

In Übereinstimmung mit dieser letzteren Einschätzung gibt es bereits viele Studien, die Krankheitsrisiken oder deren Fehlen bei Patienten ausgewählter Genotypen untersuchen. Malaria wäre ein Beispiel. Malaria ist ein ernsthaftes Gesundheitsproblem in Afrika, das für jeden fünften Todesfall bei Kindern verantwortlich ist. 2006 schätzte die WHO, dass fast 74 % der afrikanischen Bevölkerung in Malaria-endemischen Gebieten leben, etwa 19 % in epidemiegefährdeten und nur 7 % in malariafreien Gebieten. Studien an großen Bevölkerungsgruppen befassen sich mit der komplexen Genetik der Malariaanfälligkeit, und mehrere Gene wurden mit Malariaanfälligkeit in Verbindung gebracht. Bestimmte Phänomene (Signalwege) sind entscheidend für die Entwicklung einer manifesten Malaria, und genetische Varianten, die diese Prozesse stören, können vor Krankheiten schützen. Die Invasion von Erythrozyten durch Malariaparasiten ist für den Krankheitsprozess von zentraler Bedeutung, und das Duffy-Blutgruppenantigen, ein Chemokinrezeptor, der in vielen Zelltypen exprimiert und vom FY-Gen kodiert wird, ist wichtig, da Plasmodium vivax keine Personen infizieren kann, die das Duffy nicht exprimieren Antigen, was zu einem vollständigen Schutz von Duffy (-)-Individuen führt. Das Fehlen der Duffy-Expression ist auf einen Promotor-SNP zurückzuführen, der eine Bindungsstelle für den GATA-1-Transkriptionsfaktor verändert, was dazu führt, dass der Parasit nicht in der Lage ist, in rote Blutkörperchen einzudringen. Über 97 % der Menschen in West- und Zentralafrika sind Duffy (-). Das Entstehungsdatum des Duffy (-)-Genotyps wurde grob datiert, von mehr als 90.000 bis vor etwa 6.500 Jahren (Webb 2005). Es gab erhebliche Diskussionen darüber, ob die Ausbreitung von Duffy (-) auf die Überlebensselektion von Individuen (im Sinne von Charles Darvin) als Reaktion auf Plasmodium vivax zurückzuführen war oder ob es sich unabhängig und wahrscheinlich früher entwickelt hat. Die letztere Hypothese steht im Einklang mit einem südostasiatischen Ursprung von P. vivax und der unabhängigen Evolution des Duffy (-)-Genotyps in ganz Afrika. Ob sich eine strikte Korrelation der ethnischen Zugehörigkeit mit dem Malaria-Phänotyp herausgebildet hat, insbesondere wenn man die Personen berücksichtigt, die in den oben genannten epidemiegefährdeten und malariafreien Gebieten leben, bleibt eine offene Frage.

Hier ist uns vielleicht bewusst, dass die obigen Überlegungen zu Malaria auch für andere Infektionskrankheiten in ganz Afrika gelten, wie Tuberkulose, HIV/AIDS, Lepra, Schistosomiasis, Trachom und sogar für nicht übertragbare Krankheiten wie Diabetes und Fettleibigkeit, Bluthochdruck und Herz-Kreislauf-Erkrankungen Krankheit, Krebs im Allgemeinen, aber dann Prostatakrebs, Dickdarmkrebs, Brustkrebs, impfstoffinduzierte Immunität, Serumlipide (Cholesterin). Nur die in Frage kommenden genetischen Risikovarianten wären in jedem Fall sehr unterschiedlich.

Durch Studien in ganz Afrika wird es möglich sein, die meisten der vorhandenen genetischen Risikofaktoren in allen menschlichen Populationen zu erfassen. Es kann auch möglich sein, einfache und relativ kostengünstige Gentests zu verwenden, um die Gesamtgesundheitskosten zu senken. Es gibt viele in Afrika endemische Krankheiten, die ein erhebliches genetisches Risiko mit sich bringen, und deren Untersuchung könnte die Gesundheit in Afrika verbessern. Trotz der Vorteile und Bedeutung dieser Studien gibt es jedoch erhebliche Hindernisse für die Durchführung genetischer Forschung in einem afrikanischen Umfeld, insbesondere der Mangel an Ressourcen und Infrastruktur. In Anerkennung dieser Faktoren werden große Anstrengungen und Initiativen unternommen, um Forschungsnetzwerke und Biobanken aufzubauen, die zur Beschleunigung der klinischen und genetischen Forschung in Bezug auf die Besonderheiten Afrikas erforderlich sind. Zu diesen Initiativen gehören unter anderem die African Society of Human Genetics, das African Genomic Medicine Portal (AGMP), das H3Africa Consortium (H3Africa) oder in Afrika ansässige Unternehmen wie 53gene (53gene).

Unnötig zu erwähnen, dass thasso bereits mehrere Artikel über Genetik und genetische Hintergründe in Bezug auf afrikanische Patienten veröffentlicht hat, wie z.B. ” Hidden secrets in African genomes revealed by large scale sequencing “, “Populations of African descent: New trait loci for hypertension“, “Tapping into the massive potential of African genomes: 54gene“, aber auch “AGMP: Das afrikanische Portal für genomische Mediziner “, oder  ” Individuen dunkler Hautfarbe mit natürlichen blonden Haaren – In der Genetik ist alles möglich “, sowie ” Studie in Individuen aus Ostafrika beleuchtet neue genetische Faktoren, welche menschlichen Gesichtern zugrunde liegen “, um nur ein paar Posts zu nennen.

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Professor in Pharmakologie und Toxikologie. Experte in theragenomischer und personalisierter Medizin und individualisierter Arzneimittelsicherheit. Experte in Pharmako- und Toxiko-Genetik. Experte in der klinischen Sicherheit von Arzneimitteln, Chemikalien, Umweltschadstoffen und Nahrungsinhaltsstoffen.

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