Gene Interactions
Bei der Betrachtung von ethnischer Identität und Gesundheit können Gene in zweierlei Hinsicht relevant sein. Erstens können die Genpools verschiedener ethnischer Gruppen unterschiedliche Häufigkeiten von Allelen an einigen Loci enthalten, die für den Gesundheitszustand oder für Krankheitsprozesse von Bedeutung sind. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass solche Unterschiede für sich genommen für die großen und weit verbreiteten gesundheitlichen Unterschiede zwischen sozial identifizierten rassischen und ethnischen Gruppen verantwortlich sind.
Zweitens kann der Phänotyp, der sich aus einem bestimmten Genotyp ergibt, zwischen ethnischen Gruppen aufgrund von Wechselwirkungen mit Umweltfaktoren variieren. Die Umwelt wird in diesem Zusammenhang durch Ausschluss als alle Einflüsse definiert, die nicht in der DNA kodiert sind. Sie umfasst somit alle anderen in Kapitel 2 genannten Faktoren, einschließlich pränataler Einflüsse, Ernährungseinflüsse, präventive Folgen der Gesundheitsfürsorge, Druck durch Gleichaltrige, Bildungsniveau, religiöse Unterweisung, Giftstoffe im Haushalt, in der Luft und im Wasser, Gefahren am Arbeitsplatz, Stress am Arbeitsplatz und Exposition gegenüber Infektionserregern, neben vielen, vielen anderen.
Vieles ist über die ätiologische Bedeutung einer großen Anzahl solcher Umweltfaktoren bekannt; ebenso viel ist über den Einfluss wichtiger Gene und polygener Systeme bekannt. Die Möglichkeit von Wechselwirkungen innerhalb und zwischen diesen beiden großen Bereichen ist seit langem bekannt. Aus verschiedenen Gründen ist die Forschung, die diese Wechselwirkungen hervorhebt und charakterisiert, weniger gut entwickelt, als man erwarten könnte. Ihre Auswirkungen auf gesundheitliche Unterschiede sind noch nicht bekannt, obwohl die gesammelte Literatur, sowohl aus der Human- als auch aus der Tiermodellforschung, umfangreich ist. Hier werden nur einige wenige Beispiele angeführt, die jedoch die große Komplexität und Macht sowie die manchmal erstaunliche Subtilität dieser Interaktionen veranschaulichen sollen.
Beim Menschen ist die Interaktion zwischen zwei wichtigen Genen an der Ätiologie des großen und zunehmenden Gesundheitsproblems der Alzheimer-Krankheit beteiligt. Drei verschiedene Allele – ε2, ε3 und ε4 – sind am apoE-Locus auf Chromosom 19 beschrieben worden. Im Allgemeinen ist der Besitz eines ε4-Allels mit einem erhöhten Risiko verbunden, an Alzheimer zu erkranken, und der Besitz von zwei Allelen führt zu einem höheren Risiko als der Besitz eines Allels. Das letztgenannte Ergebnis hängt jedoch vom Genotyp an einem anderen Locus, ACT, ab. Bei einem Genotyp an diesem Locus gibt es keinen Unterschied im Risiko, ein oder zwei ε4-Allele am apoE-Locus zu besitzen; bei einem anderen ACT-Genotyp ist das Risiko etwas erhöht, und beim dritten ist der Unterschied im Risiko zwischen einem und zwei ε4-Allelen fünfmal so groß. Bei der Betrachtung von Unterschieden in der Allelhäufigkeit in verschiedenen Populationen kann es notwendig sein, sich mit Dyaden, Triaden oder größeren Kollektiven von Loci zu befassen.
Eine klassische Tiermodellstudie, die zeigt, dass die Wirkung verschiedener Genotypen an einem wichtigen Locus durch den polygenen Hintergrund des Organismus modifiziert werden kann, ist die Arbeit von Coleman und Hummel (1975). Zwei Kopien eines bestimmten Allels an einem bestimmten Locus führen bei Mäusen im Allgemeinen zu einer gewissen Ausprägung von Diabetes, aber bei zwei verschiedenen, aber verwandten Stämmen sind die daraus resultierenden Syndrome auffallend unterschiedlich, mit doppelt so hohen Blutzuckerspiegeln und Körpergewicht, großen Unterschieden in der Lebenserwartung und Inselhypertrophie in einem Stamm und Atrophie im anderen.
Das vielleicht prototypischste Beispiel für die Interaktion zwischen Polygenen und der Umwelt ist das von Cooper und Zubek (1958), die die Labyrinth-Lernfähigkeit zweier Rattenlinien unter Umweltbedingungen maßen, die sich in der Vielfalt der Reize unterschieden, die die Tiere erleben konnten. Die beiden Stämme waren selektiv auf Labyrinthleistung gezüchtet worden (Heron, 1935); die daraus resultierenden „Labyrinth-hell“- und „Labyrinth-dumpf“-Linien unterschieden sich auffallend in der Anzahl der Fehler, die beim Erlernen des Labyrinthmusters begangen wurden, und, daraus lässt sich stark schließen, in Bezug auf allelische Konfigurationen an einer unbekannten Anzahl von polygenen Loci, die für die Labyrinthleistung relevant sind. Die Ergebnisse der differenzierten Aufzucht waren, dass die hellen Linien nicht von der Anreicherung profitierten, die langweiligen jedoch schon; die langweiligen Ratten wurden durch die Verarmung nicht beeinträchtigt, die hellen jedoch schon. Zahlreiche andere Studien haben gezeigt, dass Gruppen von Mäusen oder Ratten mit unterschiedlichem Genotyp bei einer Vielzahl von Phänotypen ähnlich unterschiedlich auf Umweltmanipulationen reagieren.
Ein weiteres bemerkenswertes aktuelles Beispiel für die Interaktion zwischen Genen und Umwelt ist die Untersuchung von quantitativen Merkmalsloci (QTLs), die die Langlebigkeit bei Drosophila-Fliegen beeinflussen. QTLs sind Loci, die derzeit noch anonym sind, deren ungefähre chromosomale Lage jedoch bekannt ist. Vieira et al. (2000) suchten nach Beweisen für die Wirkung solcher Loci auf die Lebenslänge unter fünf verschiedenen Umweltbedingungen der Aufzucht. Das außergewöhnliche Ergebnis war, dass 17 QTLs identifiziert wurden, von denen jedoch keiner für alle Umgebungen relevant war. Einige waren nur bei einem Geschlecht und in einer Umgebung wirksam; andere waren bei beiden Geschlechtern in einer bestimmten Umgebung wirksam, aber das gleiche Allel wurde mit einer längeren Lebensdauer bei einem Geschlecht und einer kürzeren Lebensdauer beim anderen Geschlecht in Verbindung gebracht; einige waren bei einem Geschlecht in zwei Umgebungen wirksam, aber mit dem gleichen Allel, das mit einer längeren Lebensdauer in einer Umgebung und einer kürzeren Lebensdauer in der anderen verbunden war. Die gesamte genetische Varianz war an Wechselwirkungen zwischen Genotyp und Geschlecht, Genotyp und Umwelt oder beidem beteiligt.
Im allgemeinen Bereich des Zusammenwirkens von Genen und Umweltfaktoren gibt es mehrere Untersuchungslinien, die überzeugend zeigen, dass die Umwelt nicht nur in einem statistischen Sinne mit genetischen Faktoren interagieren kann, sondern auch tatsächlich Einfluss darauf hat, welche Gene exprimiert werden. Vereinfacht ausgedrückt, können bestimmte Umwelteinflüsse Gene an- und abschalten. Bestimmte Teilbereiche dieser Forschung, die sich mit den Auswirkungen verschiedener Arten von Stress auf die Genexpression befassen, sind von besonderer Bedeutung für das vorliegende Thema. So werden in einer umfangreichen Literatur (zusammengefasst z. B. von Hoffman und Parsons, 1991) Beobachtungen beschrieben, die darauf hindeuten, dass stressige Umgebungen häufig die Erblichkeit – den Anteil der phänotypischen Varianz, der dem kollektiven Einfluss eines polygenen Systems zuzuschreiben ist – einer Vielzahl von Phänotypen in einer Vielzahl von Organismen erhöhen. Ein großer Teil der Daten, die sich mit spezifischen Genen befassen, betrifft die „Hitzeschock“-Proteine, die in Drosophila produziert werden, nachdem sie einer Umgebung mit hohen Temperaturen ausgesetzt waren. Diese Proteine scheinen andere Proteine im Organismus vor Schäden oder Zerstörung durch die stressige Umgebung zu schützen. Ein Beispiel aus der Säugetierwelt ist der Anstieg spezifischer RNAs in den Nebennieren von Ratten nach Immobilisationsstress (McMahon et al., 1992). Biobehaviorale Einflüsse werden eindeutig durch eine Studie belegt, die zeigt, dass die klassische Pawlowsche Konditionierung – die Kopplung von Fußschock und Hörreiz – dazu führen kann, dass ein zuvor neutrales Merkmal der Umgebung die Fähigkeit erwirbt, eine stressbedingte Expression einer bestimmten mRNA in Gehirnregionen von Ratten hervorzurufen (Smith et al., 1992). Diese Forschungslinien sind vielleicht besonders relevant für Hypothesen über die Rolle von Diskriminierungsstress, wie die von Thayer und Friedman (2004).