Characterization of MHC class II variation in feral pigeons – copy number variation, polymorphism, and selection

Jedes Tier mit einem Rückgrat, das Kiefer besitzt, verfügt über ein ausgeklügeltes internes Sicherheitssystem, das darauf ausgelegt ist, Eindringlinge zu erkennen. Im Zentrum dieses Systems liegt ein spezifischer Satz von Genen, der als Haupthistokompatibilitätskomplex bekannt ist. Stellen Sie sich diese Gene als Blaupausen für einen Satz von Identifikationsausweisen vor, die auf der Oberfläche von Zellen getragen werden. Diese Ausweise zeigen kleine Fragmente von Proteinen, die wie ein visueller Bericht fungieren und dem Immunsystem mitteilt, ob eine Zelle ein gesunder Teil des Körpers oder ein fremder Eindringling ist, der ein Virus oder Bakterium in sich trägt. Wenn das Immunsystem den Ausweis als fremd erkennt, startet es einen Angriff, um die Bedrohung zu beseitigen. Da die Welt der Krankheitserreger ständig im Wandel ist, müssen diese Identifikationsausweise unglaublich vielfältig sein. Wenn jedes Individuum einer Art exakt dieselben Ausweise hätte, könnte eine einzige neue Krankheit die gesamte Population auslöschen. Stattdessen begünstigt die Natur eine große Vielfalt an Ausweisdesigns, um sicherzustellen, dass zumindest einige Individuen immer in der Lage sind, neue Bedrohungen zu erkennen und abzuwehren.

Während Wissenschaftler diese genetischen Systeme bei Menschen und Nutztieren wie Hühnern detailliert untersucht haben, blieb die Haustaube in dieser Hinsinicht ein Mysterium. Diese Vögel sind überall in unseren Städten zu finden, doch ihre spezifische Immungenetik wurde bisher nicht gründlich kartiert. Ein Team von Forschern setzte sich zum Ziel, diese Lücke zu schließen, indem sie die Immun-Gene von Wildtauben in fünf großen Städten Polens untersuchten. Sie konzentrierten sich auf einen spezifischen Teil des Immunsystems, der für die Bekämpfung extrazellulärer Krankheitserreger verantwortlich ist, und untersuchten dabei genau, wie viele Kopien dieser Gene jedes Vogel trägt und wie viel Vielfalt innerhalb dieser Kopien existiert. Ihre Arbeit zeigt, dass diese häufigen Stadtvögel eine komplexere genetische Architektur besitzen als bisher angenommen, wobei die Individuen unterschiedliche Zahlen von Immungen-Kopien tragen und deutliche Muster der Evolution zwischen zwei uralten Genfamilien aufweisen.

Die Forscher fingen 200 Tauben in Danzig, Krakau, Łódź, Warschau und Breslau ein und entnahmen jedem Vogel eine kleine Blutprobe. Anschließend nutzten sie fortschrittliche DNA-Sequenzierung, um zwei spezifische Abstammungslinien von Immungenen zu untersuchen, die als DAB1 und DAB2 bekannt sind. Dies sind uralte Versionen derselben Genfamilie, die über Millionen von Jahren hinweg in verschiedenen Vogelarten bewahrt wurden. Das Team zählte nicht nur, wie viele verschiedene Versionen dieser Gene existierten; sie versuchten auch herauszufinden, wie viele Kopien jedes Gens in einem einzelnen Vogel vorhanden waren. Dies ist eine schwierige Aufgabe, da Standard-DNA-Tests oft Schwierigkeiten haben zu unterscheiden, ob ein Vogel eine Kopie eines Gens oder mehrere besitzt, insbesondere wenn diese Kopien sehr ähnlich sind. Durch die sorgfältige Analyse der Muster der Gensequenzen war es den Forschern möglich, die wahrscheinliche genetische Zusammensetzung jedes Vogels zu rekonstruieren.

Sie fanden heraus, dass die Tauben ein moderates Maß an Vielfalt in ihren Immungenen tragen. Über die gesamte Gruppe hinweg identifizierte das Team 19 verschiedene Versionen des DAB1-Gens und 24 verschiedene Versionen des DAB2-Gens. Die überraschendste Entdeckung war jedoch nicht nur die Vielfalt, sondern die Anzahl der Kopien. Die meisten Vögel schienen jeweils eine einzelne Kopie der Genabstammungslinie zu besitzen, was der Standarderwartung entspricht. Aber eine signifikante Anzahl von Individuen trug zusätzliche Kopien. Einige Vögel hatten drei Kopien des DAB1-Gens, und andere hatten bis zu drei Kopien des DAB2-Gens. Dies bedeutet, dass innerhalb derselben Spezies verschiedene Vögel eine unterschiedliche Anzahl dieser kritischen Immun-Gene besitzen. Die Forscher stellten fest, dass diese zusätzlichen Kopien keine zufälligen Fehler waren, sondern Teil spezifischer genetischer Pakete, oder Haplotypen, die einige Völer geerbt hatten. Tatsächlich fanden sie heraus, dass einige Tauben ein genetisches Paket mit einer einzelnen Genkopie und ein anderes Paket mit drei Genkopien trugen, was in diesem Individuum zu insgesamt vier Kopien führte.

Die Studie deckte auch auf, dass diese beiden uralten Genabstammungslinien, DAB1 und DAB2, sich auf unterschiedliche Weise entwickeln. Obwohl sie verwandt sind, haben sie unterschiedliche Wege eingeschlagen. Die DAB2-Linie zeigte ein stärkeres Signal einer diversifizierenden Selektion, also des evolutionären Drucks, der das Immunsystem dazu bringt, sich ständig zu verändern, um neue Krankheitserreger zu erkennen. Dies deutet darauf hin, dass DAB2 unter intensivem Druck steht, vielfältig und anpassungsfähig zu bleiben. Im Gegensatz dazu zeigte die DAB1-Linie ein stärkeres Signal der Rekombination, eines Prozesses, bei dem genetisches Material zwischen Kopien ausgetauscht wird, um neue Kombinationen zu schaffen. Dies deutet darauf hin, dass DAB1 stärker darauf angewiesen ist, bestehendes genetisches Material neu zu mischen, während DAB2 eher darauf setzt, neue Veränderungen zu akkumulieren. Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass die zusätzlichen Genkopien bei den Tauben nicht hochgradig vielfältig waren; sie neigten dazu, den Hauptkopien sehr ähnlich zu sein, was darauf hindeutet, dass es sich um relativ rezente Ergänzungen im Genom handelte, die noch keine Zeit hatten, ihre eigenen einzigartigen Identitäten zu entwickeln.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Variation in der Anzahl der Immungen-Kopien kein seltener Unfall ist, sondern ein häufiges Merkmal bei Vögeln sein könnte. Die Tatsache, dass diese Variation bei Wildtauben existiert, die eine lange Geschichte des Zusammenlebens mit Menschen und der Anpassung an urbane Umgebungen haben, unterstreicht die Komplexität ihres Immunsystems. Die Forscher merkten an, dass die allgemeine genetische Diversität bei diesen Tauben relativ gering war, was mit der bekannten Geschichte ihrer Domestikation und Populationsengpässen übereinstimmt. Trotz dieser geringeren Diversität fügt das Vorhandensein mehrerer Genkopien in einigen Individuen eine Ebene der Komplexität hinzu, die ihnen helfen könnte, in pathogenreichen städtischen Umgebungen zu überleben. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Haustaube ein wertvolles Modell ist, um zu verstehen, wie Immunsysteme evolvieren, insbesondere in der Art und Weise, wie Genduplikation und Variation zur Fähigkeit beitragen, Krankheiten zu bekämpfen. Indem sie offenlegen, dass diese häufigen Vögel eine unterschiedliche Anzahl von Immungenen tragen, eröffnet die Forschung die Tür für weitere Untersuchungen darüber, wie diese genetischen Unterschiede die Gesundheit sowohl der Vögel als auch der Menschen beeinflussen, die in ihrer Nähe leben.