Sólin Sólin Rís 03:33 • sest 23:32 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:58 • Sest 13:24 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 11:26 • Síðdegis: 23:50 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 05:17 • Síðdegis: 17:29 í Reykjavík
COVID-19 borði í flokk

Hafa erfðaþættir áhrif á veirusýkingar?

Arnar Pálsson

Upprunalega spurningin var:

Skipta erfðir hýsils máli í sýkingum vegna veira eða annara sýkla?

Breytileiki í einkennum lífvera orsakast af erfðum, umhverfi, samspili hvoru tveggja eða tilviljunum. Munur er á styrk áhrifanna eftir eiginleikum. Form vængja ávaxtaflugna eða munnvídd fólks eru dæmi um breytileika sem eru að miklu leyti vegna ólíkra erfðaþátta. Umhverfisþættir valda mismun í öðrum eiginleikum, til dæmis vaxa gulrætur misvel eftir sólarmagni, vatni og næringu. Sama á við um sjúkdóma, sumir þeirra hafa hátt arfgengi á meðan aðrir orsakast nær eingöngu af umhverfisþáttum.

Arfgengi er mat á hlutfallslegum áhrifum gena, miðað við aðra þætti, og er á bilinu frá 0 upp í 1. Eiginleikar með arfgengi yfir 0,5 og nálægt 1 eru að mestu undir áhrifum gena. Eiginleikar með arfgengi nálægt 0 stýrast hins vegar nær eingöngu af umhverfi og tilviljun. Smitsjúkdómar tilheyra seinni flokknum enda eru bakteríur, veirur og aðrir sýklar hluti af umhverfinu.

Engu að síður geta erfðaþættir tengst smitsjúkdómum á ýmsa vegu og útskýrt hluta breytileikans í til dæmis smitnæmi, alvarleika smits og eftirköstum. Lífsferlar veira og sníkjudýra eru flóknir. Hér verður kannað hvernig erfðaþættir hýsils geta haft áhrif á þá.

Mynd 1. Margar veirur nýta sér beina tengingu prótína á yfirborði sínu við stórsameindir á yfirborði hýsilfruma. Slíkar veirur komast bara inn í frumur sem eru með réttar stórsameindir á yfirborði sínu. Myndin sýnir inflúensuveiru og hýsilfrumu hennar.

Erfðaþættir geta haft áhrif á líkur á smit veira. Margar veirur nýta sér beina tengingu prótína á yfirborði sínu við stórsameindir á yfirborði hýsilfruma. Slíkar veirur komast bara inn í frumur sem eru með réttar stórsameindir á yfirborði sínu. Þar sem ólíkar frumugerðir eru með mismunandi stórsameindir smita veirur yfirleitt bara vissar gerðir fruma. Ef erfðir hafa áhrif á hversu margar stórsameindir eru á yfirborði frumugerðar, geta einstaklingar verið misjafnlega næmir fyrir smiti. Ýktasta tilfellið er vernd gegn smiti vegna arfhreinnar stökkbreytingar sem eyðileggur viðtaka. Tökum tvö dæmi.

Einstaklingar arfhreinir um tiltekna úrfellingu í CCR5-geninu eru verndaðir fyrir sýkingu HIV-1. Það er vegna þess að CCR5-prótínið er á yfirborði hvítra blóðfruma sem veiran sýkir, og ef það vantar hefur hún ekki leið inn. Þetta gæti verið eins og munur á milli tilfellis 1 og 4 í mynd 2.

Hitt dæmið er DARC-prótínið sem er venjulega til staðar á yfirborði rauðra blóðfruma. Tiltekinn galli í geninu DARC stöðvar tjáningu þess, og er sú útgáfa (samsætan/allelið) af geninu kölluð Duffy. Einstaklingar arfhreinir um Duffy-stökkbreytinguna eru ónæmir fyrir sýkingu frumdýrsins Plasmondium vivax sem veldur einni gerð mýrarköldu.

Mynd 2. Erfðamunur milli einstaklinga getur valdið því að þeir eru misnæmir fyrir smiti með veiru. 1-4 tákna sýkingu í fjórum einstaklingum, sem eru með mismarga viðtaka (Y) á yfirborði frumu (grænir hringir). Jafnvel þótt veiruagnir (rauðir demantar) í smitinu séu jafnmargar er fyrirséð að einstaklingur 1 smitist mest, aðrir minna. Einstaklingur 4 mun ekki smitast því veiran hefur ekki leið inn í frumuna, vegna þess að viðtaka vantar. Hægra megin er tilgreind arfgerð tveggja gena, annað myndar viðtakann en hitt hefur áhrif á stöðugleika þess. Stórir stafir (A eða B) tákna villigerð, en litlir (a og b) gallaða útgáfu (samsætu) af geninu.

Þessi einföldu dæmi útskýra hvernig veigamiklar breytingar í stökum genum geta haft áhrif á smit. En erfðafræðin kennir okkur líka að mörg gen, hvert með væg áhrif, hafa áhrif á flesta eiginleika. Það á líka við um fjölda viðtaka á yfirborði fruma. Þá hafa breytileikar í tugum eða hundruðum gena áhrif á fjölda viðtaka á ákveðinni frumugerð. Í tilbúna dæminu á mynd 2 er tiltekin frumugerð í fjórum einstaklingum (1-4) með mismarga viðtaka.

Í dæminu hafa tvö gen áhrif á fjöldann. Gen 1 skráir fyrir viðtakanum. Þeir sem eru arfhreinir um galla í geninu (einstaklingur 4 er a/a) eru verndaðir fyrir smiti því veiran getur ekki innlimast. Í þessu dæmi eru áhrif gensins magnbundin þannig að einstaklingur 3 (með arfgerð A/a) er af þeim orsökum með færri viðtaka. Viðkomandi er því verndaður að hluta fyrir smitinu þar sem færri veiruagnir komast í hverja frumu að meðaltali. Gen 2 hefur síðan áhrif á stöðugleika viðtakanna, hversu lengi þeir endast. Einstaklingur 2 er arfhreinn um galla í geninu (b/b) en hinir eru arfhreinir um virka eintakið - villigerð (B/B). Það leiðir til þess að einstaklingur 2 er með færri viðtaka en einstaklingur 1 þótt báðir séu með tvö eðlileg eintök af geni 1. Í þessu einfalda dæmi sjáum við hvernig áhrif tveggja gena geta haft magnbundin áhrif á virkni fruma og líkurnar á smiti.

Í raunveruleikanum hefur fjöldi erfðaþátta, næstum allir með vægari áhrif en sýnd voru hér, áhrif á smitnæmi og hættuna á sýkingu. Taka ber fram að auk erfða er líklegt að fjöldi viðtaka skýrist einnig af öðrum þáttum, til dæmis aldri, kyni, umhverfisþáttum og tilviljunum. Hlutfallslegt vægi erfðaþátta, umhverfisþátta og tilviljana fyrir hvern eiginleika er mismunandi. Einnig næmni fyrir smiti sýkla.

Rannsóknir sýna að erfðasamsetning hefur áhrif á marga aðra þætti lífsferils veira og svörun líkamans við þeim. Til dæmis hversu mikið veiran nær að fjölga sér innan líkamans. Nær hún að mynda margar veiruagnir í hverri frumu? Hversu langvinn verður sýkingin? Sýkir veiran ólíkar gerðir af frumum í mismunandi einstaklingum? Eða sérstaklega viðkvæma vefi í sumu fólki? Eða er munur á eiginleikum eða svörun ónæmiskerfisins milli fólks? Þekkt eru dæmi um breytileika í tugum gena sem hafa áhrif á þessa og aðra þætti veirusýkinga.

Sumir erfðaþættir eru sérhæfðir fyrir ákveðna sýkla eða gerðir veira, og vernda eða auka líkurnar á tilteknum sýkingum. Aðrir þættir eru almennari og auka líkurnar á alvarlegum sjúkdómi vegna margra gerða veira eða sýkla. Einnig hafa stökkbreytingar sem gera fólk næmt eða mjög útsett fyrir sýkingu fundist í tilteknum genum ónæmiskerfisins. Gallar í ónæmiskerfinu geta leitt til þess að einstaklingur er berskjaldaður fyrir tiltekinni gerð sýkingar eða mörgum gerðum sýkla.

Að síðustu, leiða sýklar oft til sterks náttúrulegs vals á genum ónæmiskerfa dýra. Einstaklingar með kerfi sem ræður ekki við tiltekinn sýkil deyja eða verða með minni frjósemi, á meðan þeir sem eru ónæmir eða þolnir standa sig hlutfallslega betur í lífsbaráttunni. Vegna þess að ólíkar veirur eða sýklar eru landlægir á mismunandi svæðum, breytist tíðni arfgerða tiltekinna gena ónæmiskerfisins, kynslóð fram af kynslóð. Þess vegna er Duffy breytingin í DARC-geninu algengust á svæðum þar sem mýrararkalda er landlæg, og sama er þekkt um útgáfur af mörgum öðrum genum ónæmiskerfisins. Þetta er þróun vegna náttúrulegs vals.

Samantekt:

  • Smitsjúkdómar teljast til umhverfisdrifinna sjúkdóma.
  • Engu að síður geta erfðir haft áhrif á líkur á smiti og framgang sjúkdóms.
  • Áhrif breytileika í genum á smitsjúkdóma eru mismunandi.
  • Breytileikar geta haft áhrif á smit einnar veiru eða varnir gegn mörgum smitsjúkdómum.

Heimildir:

Myndir:

Höfundur

Arnar Pálsson

erfðafræðingur og prófessor í lífupplýsingafræði við HÍ

Útgáfudagur

10.6.2020

Spyrjandi

Anna Lilja

Tilvísun

Arnar Pálsson. „Hafa erfðaþættir áhrif á veirusýkingar? “ Vísindavefurinn, 10. júní 2020. Sótt 12. júlí 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=79626.

Arnar Pálsson. (2020, 10. júní). Hafa erfðaþættir áhrif á veirusýkingar? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=79626

Arnar Pálsson. „Hafa erfðaþættir áhrif á veirusýkingar? “ Vísindavefurinn. 10. jún. 2020. Vefsíða. 12. júl. 2020. <http://visindavefur.is/svar.php?id=79626>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hafa erfðaþættir áhrif á veirusýkingar?
Upprunalega spurningin var:

Skipta erfðir hýsils máli í sýkingum vegna veira eða annara sýkla?

Breytileiki í einkennum lífvera orsakast af erfðum, umhverfi, samspili hvoru tveggja eða tilviljunum. Munur er á styrk áhrifanna eftir eiginleikum. Form vængja ávaxtaflugna eða munnvídd fólks eru dæmi um breytileika sem eru að miklu leyti vegna ólíkra erfðaþátta. Umhverfisþættir valda mismun í öðrum eiginleikum, til dæmis vaxa gulrætur misvel eftir sólarmagni, vatni og næringu. Sama á við um sjúkdóma, sumir þeirra hafa hátt arfgengi á meðan aðrir orsakast nær eingöngu af umhverfisþáttum.

Arfgengi er mat á hlutfallslegum áhrifum gena, miðað við aðra þætti, og er á bilinu frá 0 upp í 1. Eiginleikar með arfgengi yfir 0,5 og nálægt 1 eru að mestu undir áhrifum gena. Eiginleikar með arfgengi nálægt 0 stýrast hins vegar nær eingöngu af umhverfi og tilviljun. Smitsjúkdómar tilheyra seinni flokknum enda eru bakteríur, veirur og aðrir sýklar hluti af umhverfinu.

Engu að síður geta erfðaþættir tengst smitsjúkdómum á ýmsa vegu og útskýrt hluta breytileikans í til dæmis smitnæmi, alvarleika smits og eftirköstum. Lífsferlar veira og sníkjudýra eru flóknir. Hér verður kannað hvernig erfðaþættir hýsils geta haft áhrif á þá.

Mynd 1. Margar veirur nýta sér beina tengingu prótína á yfirborði sínu við stórsameindir á yfirborði hýsilfruma. Slíkar veirur komast bara inn í frumur sem eru með réttar stórsameindir á yfirborði sínu. Myndin sýnir inflúensuveiru og hýsilfrumu hennar.

Erfðaþættir geta haft áhrif á líkur á smit veira. Margar veirur nýta sér beina tengingu prótína á yfirborði sínu við stórsameindir á yfirborði hýsilfruma. Slíkar veirur komast bara inn í frumur sem eru með réttar stórsameindir á yfirborði sínu. Þar sem ólíkar frumugerðir eru með mismunandi stórsameindir smita veirur yfirleitt bara vissar gerðir fruma. Ef erfðir hafa áhrif á hversu margar stórsameindir eru á yfirborði frumugerðar, geta einstaklingar verið misjafnlega næmir fyrir smiti. Ýktasta tilfellið er vernd gegn smiti vegna arfhreinnar stökkbreytingar sem eyðileggur viðtaka. Tökum tvö dæmi.

Einstaklingar arfhreinir um tiltekna úrfellingu í CCR5-geninu eru verndaðir fyrir sýkingu HIV-1. Það er vegna þess að CCR5-prótínið er á yfirborði hvítra blóðfruma sem veiran sýkir, og ef það vantar hefur hún ekki leið inn. Þetta gæti verið eins og munur á milli tilfellis 1 og 4 í mynd 2.

Hitt dæmið er DARC-prótínið sem er venjulega til staðar á yfirborði rauðra blóðfruma. Tiltekinn galli í geninu DARC stöðvar tjáningu þess, og er sú útgáfa (samsætan/allelið) af geninu kölluð Duffy. Einstaklingar arfhreinir um Duffy-stökkbreytinguna eru ónæmir fyrir sýkingu frumdýrsins Plasmondium vivax sem veldur einni gerð mýrarköldu.

Mynd 2. Erfðamunur milli einstaklinga getur valdið því að þeir eru misnæmir fyrir smiti með veiru. 1-4 tákna sýkingu í fjórum einstaklingum, sem eru með mismarga viðtaka (Y) á yfirborði frumu (grænir hringir). Jafnvel þótt veiruagnir (rauðir demantar) í smitinu séu jafnmargar er fyrirséð að einstaklingur 1 smitist mest, aðrir minna. Einstaklingur 4 mun ekki smitast því veiran hefur ekki leið inn í frumuna, vegna þess að viðtaka vantar. Hægra megin er tilgreind arfgerð tveggja gena, annað myndar viðtakann en hitt hefur áhrif á stöðugleika þess. Stórir stafir (A eða B) tákna villigerð, en litlir (a og b) gallaða útgáfu (samsætu) af geninu.

Þessi einföldu dæmi útskýra hvernig veigamiklar breytingar í stökum genum geta haft áhrif á smit. En erfðafræðin kennir okkur líka að mörg gen, hvert með væg áhrif, hafa áhrif á flesta eiginleika. Það á líka við um fjölda viðtaka á yfirborði fruma. Þá hafa breytileikar í tugum eða hundruðum gena áhrif á fjölda viðtaka á ákveðinni frumugerð. Í tilbúna dæminu á mynd 2 er tiltekin frumugerð í fjórum einstaklingum (1-4) með mismarga viðtaka.

Í dæminu hafa tvö gen áhrif á fjöldann. Gen 1 skráir fyrir viðtakanum. Þeir sem eru arfhreinir um galla í geninu (einstaklingur 4 er a/a) eru verndaðir fyrir smiti því veiran getur ekki innlimast. Í þessu dæmi eru áhrif gensins magnbundin þannig að einstaklingur 3 (með arfgerð A/a) er af þeim orsökum með færri viðtaka. Viðkomandi er því verndaður að hluta fyrir smitinu þar sem færri veiruagnir komast í hverja frumu að meðaltali. Gen 2 hefur síðan áhrif á stöðugleika viðtakanna, hversu lengi þeir endast. Einstaklingur 2 er arfhreinn um galla í geninu (b/b) en hinir eru arfhreinir um virka eintakið - villigerð (B/B). Það leiðir til þess að einstaklingur 2 er með færri viðtaka en einstaklingur 1 þótt báðir séu með tvö eðlileg eintök af geni 1. Í þessu einfalda dæmi sjáum við hvernig áhrif tveggja gena geta haft magnbundin áhrif á virkni fruma og líkurnar á smiti.

Í raunveruleikanum hefur fjöldi erfðaþátta, næstum allir með vægari áhrif en sýnd voru hér, áhrif á smitnæmi og hættuna á sýkingu. Taka ber fram að auk erfða er líklegt að fjöldi viðtaka skýrist einnig af öðrum þáttum, til dæmis aldri, kyni, umhverfisþáttum og tilviljunum. Hlutfallslegt vægi erfðaþátta, umhverfisþátta og tilviljana fyrir hvern eiginleika er mismunandi. Einnig næmni fyrir smiti sýkla.

Rannsóknir sýna að erfðasamsetning hefur áhrif á marga aðra þætti lífsferils veira og svörun líkamans við þeim. Til dæmis hversu mikið veiran nær að fjölga sér innan líkamans. Nær hún að mynda margar veiruagnir í hverri frumu? Hversu langvinn verður sýkingin? Sýkir veiran ólíkar gerðir af frumum í mismunandi einstaklingum? Eða sérstaklega viðkvæma vefi í sumu fólki? Eða er munur á eiginleikum eða svörun ónæmiskerfisins milli fólks? Þekkt eru dæmi um breytileika í tugum gena sem hafa áhrif á þessa og aðra þætti veirusýkinga.

Sumir erfðaþættir eru sérhæfðir fyrir ákveðna sýkla eða gerðir veira, og vernda eða auka líkurnar á tilteknum sýkingum. Aðrir þættir eru almennari og auka líkurnar á alvarlegum sjúkdómi vegna margra gerða veira eða sýkla. Einnig hafa stökkbreytingar sem gera fólk næmt eða mjög útsett fyrir sýkingu fundist í tilteknum genum ónæmiskerfisins. Gallar í ónæmiskerfinu geta leitt til þess að einstaklingur er berskjaldaður fyrir tiltekinni gerð sýkingar eða mörgum gerðum sýkla.

Að síðustu, leiða sýklar oft til sterks náttúrulegs vals á genum ónæmiskerfa dýra. Einstaklingar með kerfi sem ræður ekki við tiltekinn sýkil deyja eða verða með minni frjósemi, á meðan þeir sem eru ónæmir eða þolnir standa sig hlutfallslega betur í lífsbaráttunni. Vegna þess að ólíkar veirur eða sýklar eru landlægir á mismunandi svæðum, breytist tíðni arfgerða tiltekinna gena ónæmiskerfisins, kynslóð fram af kynslóð. Þess vegna er Duffy breytingin í DARC-geninu algengust á svæðum þar sem mýrararkalda er landlæg, og sama er þekkt um útgáfur af mörgum öðrum genum ónæmiskerfisins. Þetta er þróun vegna náttúrulegs vals.

Samantekt:

  • Smitsjúkdómar teljast til umhverfisdrifinna sjúkdóma.
  • Engu að síður geta erfðir haft áhrif á líkur á smiti og framgang sjúkdóms.
  • Áhrif breytileika í genum á smitsjúkdóma eru mismunandi.
  • Breytileikar geta haft áhrif á smit einnar veiru eða varnir gegn mörgum smitsjúkdómum.

Heimildir:

Myndir:...