Neandertalsex gjorde os immune og gav os allergi

Vi lever i en farlig verden. Hvert sekund hver dag angribes vi af horder af usynlige mikroorganismer, som igen og igen slås tilbage af vores fantastisk effektive immunforsvar.

Mikrober og immunforsvar har udviklet sig i et tæt evolutionært våbenkapløb gennem millioner af år, men da vores forfædre vandrede ud af Afrika for mellem 50.000 og 100.000 år siden, kom vores immunforsvar på den måske hidtil alvorligste prøve. De første moderne mennesker indtog ikke bare en ukendt verden, men vandrede lige ind i armene på helt nye horder af farlige mikrober.

Nu viser to europæiske forskerhold, at vi formentlig kan takke sex med neandertalerne for, at vi overlevede. Det mener forskerne, der hver for sig netop har identificeret et stort stykke neandertal-DNA med tre immungener indlejret i nulevende menneskers arvemateriale.

»Det ser ud, som om mennesker med disse tre neandertalvarianter har haft en større chance for at overleve bølger af sygdomsmikrober i fortiden,« siger dr. Janet Kelso fra Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology i Leipzig, Tyskland, som har ledet det ene forskerhold.

Opgradering af immunforsvaret afgørende for overlevelse

Man har tidligere fundet et andet 'neandertalimmungen', men de tre nye gener viser, at opgradering af immunforsvaret har været særdeles afgørende for vores overlevelse.

»Det er spændende, og det giver egentlig også god mening, fordi moderne mennesker gik ret sent ud af Afrika i forhold til neandertalere, der har haft meget længere tid til at tilpasse sig forholdene‚« siger evolutionsforsker og lektor Thomas Mailund ved Aarhus Universitet, som ikke selv har deltaget i studiet.

»Og at det er immunforsvaret giver også god mening, fordi det er noget af det, vi ved, der virkelig er selektion på,« tilføjer han.

Bagsiden af medaljen er, at immunforsvaret blev mere aggressivt, så det risikerer at overreagere på uskyldigheder som kattehår og pollen og forårsage allergiske reaktioner.

Studierne er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift American Journal of Human Genetics.

Hvor meget ligner vi neandertalere?

Neandertalerne er menneskets nærmeste slægtninge, der udvikledes i Europa i mindst 200.000 til 300.000 år, inden det moderne menneske ankom. For få år siden lykkedes det sensationelt at kortlægge neandertalerens arvemateriale fra oldgamle knogler. Til manges overraskelse afslørede det, at alle mennesker uden for Afrika i dag bærer en lille del (cirka to procent) af neandertalernes gener. Det betyder, at vores forfædre havde sex med neandertalerne. Og ikke bare med neandertalerne, men også med den nyligt opdagede søsterart denisovaen, og vi ikke-afrikanere er efterkommere af 'bastardungerne'.

Fundene har allerede bidraget til et nyt syn på neandertalerne fra nogle dorske, ludende hulemennesker til, at de var tæt på vores ligemennesker. Men det har også rejst tankevækkende spørgsmål om, hvorvidt neandertalgener måske er i spil hos mennesker i dag. Det er her, Janet Kelsos forskning kommer ind i billedet.

»Vores motivation bag studiet var at finde ud af, hvilke slags bidrag neandertal-DNA har i nulevende mennesker. Om der er funktionelle forskelle, der bestemmer, hvordan vi ser ud, hvordan vi opfører os, eller hvor modtagelige vi er for sygdomme,« siger Kelso.

Finder en ø af neandertal-DNA

For at finde frem til aktive neandertalgener i nulevende mennesker går Kelso og kolleger base for base igennem hele vores arvemateriale og leder efter områder med unikke neandertalsignaturer. De benytter både fortidsmenneskers genomer og genomer af nulevende mennesker fra det internationale '1000 Genomes Project'.

Sagen er, at hvis der ikke har været nogen fordel eller ulempe ved neandertal-DNA'et, ville man forvente at se en tilfældig fordeling af de cirka to procent neandertal-DNA i hver person. Men hvis et område med neandertal-DNA er overrepræsenteret hos mennesker forskellige steder i verden, betyder det formentlig, at det har haft en positiv effekt og derfor er blevet udbredt mere end tilfældigt.

Man ved imidlertid allerede, at det meste neandertal-DNA er selekteret væk fra vigtige områder i arvematerialet som gener, hvilket kraftigt indikerer, at det meste neandertal-DNA har været en ulempe. Men ingen regel uden undtagelser.

»De superspændende ting er selvfølgelig undtagelserne, og det er dem, vi nu leder efter, og faktisk finder vi mange,« siger Janet Kelso.

Et af dem, der stikker ud, er et område på kromosom 4 med 142.000 neandertal DNA-baser, som indeholder tre immungener i en genfamilie kaldet 'toll like receptors' (TLR).

Tre spændende immungener

Det er nogle virkelig spændende gener, der er centrale for vores medfødte immunforsvar, kroppens første skanse. TLR-proteinerne sidder på vores cellers overflade, hvor de genkender molekylære motiver, som er unikke for mikrober. Det gælder eksempelvis flagellinproteiner, som danner bakteriers piskelignende flagel eller unikke sukkerstoffer på bakteriernes overflade.

Vi har 10 TLR-gener, som hver kan genkende et motiv og udløse immunalarm. De tre gener i området på kromosom 4 hedder TLR1, TLR6 og TLR10, hvor Kelso og kolleger nu viser, at helt op til 50 procent af mennesker visse steder i verden (bl.a. Japan) bærer neandertalvarianterne.
Det samme finder et andet forskerhold ledet af dr. Lluis Quintana-Murci fra Institut Pasteur, CNRS i Paris, Frankrig, som specifikt undersøgte cirka 1.500 immungeners evolutionære historie og faldt over de tre neandertalgenvarianter.

Neandertalgener giver et immunløft

Med neandertalgenerne rejser sig spørgsmålet, hvorfor mennesker fra Europa og Asien med slående høj frekvens bærer neandertal-DNA i det område af genomet? Det oplagte svar er, at genvarianterne må have givet vores forfædre en fordel i at overleve ved at gøre dem modstandsdygtige mod de lokale sygdomme.

Når forskerne ser på, hvordan neandertalgenerne er forskellige fra menneskevarianterne, viser det sig, at de faktisk ikke er forandret i selve genet, som oversættes til protein. Med andre ord genkender neandertal-TLR-varianterne de samme molekylære motiver som menneske-TLR-varianterne.

Men de er derimod ændrede i områder ved siden af genet, som regulerer genet, og forskerne finder, at mennesker med neandertalvarianterne simpelthen har mere af proteinet på cellernes overflade. Hvad betyder det så?

Med generne har vi måske overlevet fortidspest

Kelso og kolleger går et skridt videre og ser på sammenhængen mellem TLR-genvarianterne og forskellige sygdomme. Her finder de, at mennesker med neandertalvarianterne er mere modstandsdygtige over for bestemte
mikroorganismer, blandt andet en bakterie kaldet Helicobacter pylori, der kan give mavesår og mavekræft.

»Det betyder ikke, at neandertalvarianterne har været drevet af H. pylori, men snarere at den skal ses som en stedfortræder for patogener, der har eksisteret i fortiden,« siger Kelso.

»Vi aner ærligt talt ikke, hvilke sygdomme det faktisk har været, men man kan tænke på sådan noget som pesten,« siger hun.

Der er imidlertid også en anden mulighed: variation. Alle mennesker uden for Afrika stammer fra en ganske lille gruppe mennesker, der skønnes at kunne have været så få som 6.000 individer, og dér har den genetiske variation været meget lav. Man ved, at genetisk variation er ekstremt vigtigt for immunforsvaret, så Quintana-Murci-gruppen peger på, at neandertalsex ganske enkelt har været en 'billig' måde at tilegne sig nye genetiske varianter, som i sig selv har styrket immunforsvaret.

»Det er også en meget plausibel hypotese,« siger Kelso.

Allergi er prisen

Men forskerne opdager en bagside af medaljen. Det viser sig nemlig, at mennesker med neandertalvarianterne lider af allergier i større grad end gennemsnittet. De kan ikke sige præcis hvorfor, men det stemmer meget fint overens med, at mennesker med neandertalvarianterne har flere TLR-proteiner, som kan betyde, at immunforsvaret er en tand mere aggressivt og nogle gange overreagerer på ufarlige fremmedelementer som for eksempel pollen.

Vi parrer os til lokale tilpasninger

Med de nye studier tegner der sig et billede af, at vores forfædre har tilegnet sig nye evner ved at parre sig med andre mennesketyper, som allerede har tilpasset sig de lokale forhold. Man har allerede to andre eksempler.

Det første er et andet immungen, MHC, på kromosom 6, hvor mennesker i dag bærer varianter fra dels neandertalere og dels denisovaer. Det andet eksempel kom frem for lidt over et år siden, da den danske evolutionsbiolog og professor Rasmus Nielsen på UC Berkeley i USA viste, at en søsterart til neandertaleren kaldet denisovaen har bidraget med DNA til tibetanere, som har hjulpet med tilpasning til det lave iltindhold i atmosfæren i højderne i Himalayabjergene.

»Vi har allerede vidst, at DNA fra neandertalere og de beslægtede denisovaer har bidraget med genetisk variation til moderne mennesker. Det nye ved disse studier er, at de også viser, at overførsel af DNA fra neandertalere har medvirket til evolution og tilpasning af vores forsvar mod mikroorganismer,« siger Rasmus Nielsen, som ikke selv har deltaget i de nye studier.

En ny fortælling om mennesket

Overordnet ligger studierne sig ind i en gryende ny version af den store fortælling om menneskets evolution, som drejer væk fra det traditionelle 'vi og dem'-billede med 'rene linjer' over mod et meget mere sammenvævet tæppe.

»Vores forfædre har parret sig med forskellige mennesketyper, og der er formentlig mange flere eksempler end dem, vi kender i dag,« siger Thomas Mailund.

Derved har vi taget en smutvej til værdifulde 'opgraderinger' af vores genetiske instruktioner.

»Det, vi ser, er faktisk, at det ikke er ting, som vi anser for at være menneskelige kernetræk, men det er lokal tilpasning, hvor vi får gener overført fra neandertalere og denisovaer, så vi tilpasser os miljøet. Hvordan vi klarer højde, sygdomme og måske ny kost,« siger Janet Kelso.

»Det er den slags ting, vi nu begynder at kunne læse fra genomerne,« siger hun.