במקומות מסוימים בעולם, ובפרט במזרח התיכון, מקובל כי נישואים יכולים להתקיים בין קרובי משפחה. מדוע זה בעייתי? כל אדם יורש חלק אחד או יותר מהחומר גנטי שלו (דנ"א) מכל אחד מההורים הקדמונים שלו. לקרובי משפחה הורים קדמונים משותפים: למשל, לבני דודים ראשונים יש סבא וסבתא משותפים. לכן, מקטע דנ"א (שיכול להתפרש על פני כרומוזום שלם או חלק ממנו) יכול להגיע מסבא משותף אל שני בני הדודים. אם בני הדודים נישאים ומעמידים צאצאים, מקטע דנ"א שהילד שלהם קיבל מהאבא יכול (בסיכוי 1/16) להיות זהה למקטע הדנ"א שהילד קיבל מהאמא (ראו איור). אם מקטע הדנ"א במקרה הכיל מוטציה מזיקה גורמת מחלה, הילד עלול ללקות במחלה, מכיוון ששני העותקים של הדנ"א שלו מכילים את המוטציה. אכן, מחלות גנטיות קשות, "רצסיביות", נפוצות באוכלוסיות אלו.

יש אוכלוסיות שבהן ילדים יכולים לקבל מקטע דנ"א זהה מהאבא ומהאמא גם אם ההורים אינם קרובי משפחה. כיצד זה יתכן? מדובר על אוכלוסיות שלפני מאות שנים היו קטנות מאד, ולכן רוב הפרטים באוכלוסיה הם צאצאים של מספר קטן מאד של "מייסדים". באוכלוסיות אלו, לעיתים קרובות אנשים חולקים הורה קדמון מבין אותם מייסדים, אם כי כמובן אין הם יודעים על קיומו. לעיתים הם אף חולקים מקטע דנ"א שהגיע מאותו הורה קדמון. אם הם במקרה מעמידים יחד צאצאים, הילדים יקבלו את אותו מקטע הדנ"א משני ההורים. תופעה זו נפוצה באוכלוסיות מזרח תיכוניות, באוכלוסיות אירופאיות מבודדות יחסית כמו פינלנד, איסלנד, ואוכלוסיות איים אחרות, ברוב תפוצות היהודים, וכן בקבוצות רבות בתת-היבשת ההודית, עקב מגבלות חברתיות על נישואים בין קבוצות.

יש אוכלוסיות שבהן קיימות שתי התופעות: באוכלוסיות אלו מקובל כי הורים יכולים להיות קרובי משפחה (ואפילו בני דודים ראשונים), אבל ההורים גם יכולים להיות קרובי משפחה רחוקים שלא מידיעתם, ולרשת מקטעי דנ"א זהים מהורים קדמונים שחיו לפני כמה מאות שנים. אם נבחן את רצף הדנ"א של פרטים מאוכלוסיות אלו, נבחין במקטעים ארוכים "הומוזיגוטיים", בהם רצף הדנ"א שעל הכרומוזום האבהי זהה לחלוטין לדנ"א שעל הכרומוזום האימהי. חוקרים בתחום הגנטיקה של אוכלוסיות מנסים לבצע היסק בכיוון ההפוך: הם מבחינים כי באוכלוסיה מסוימת קיימים מקטעי דנ"א הומוזיגוטיים ארוכים, והם מנסים ללמוד על הדמוגרפיה של האוכלוסיה. האם באוכלוסיה זו מקובלים נישואי קרובים, ומאיזו דרגה? האם מדובר באוכלוסיית מייסדים? ואם כן, מתי חיו אותם מייסדים ומה היה מספרם? האלגוריתמים הקיימים מאפשרים לענות על שאלות אלו בנפרד, ולכן עלולים לשגות כאשר מדובר באוכלוסייה שהיא גם אוכלוסיות מייסדים וגם מקובלים בה נישואי קרובים.

מספר מחקרים חדשים של פרופ' שי כרמי מביה"ס לבריאות הציבור באוניברסיטה העברית פיתחו כלים חדשים כדי ללמוד על דמוגרפיה של אוכלוסיות ועל שכיחות נישואי קרובים מתוך מידע גנטי. שני מאמרים נכתבו בשיתוף עם פרופ' נח רוזנברג מאוניברסיטת סטנפורד ותלמידת מחקר במעבדתו (אליסה סברסון, אשר ביצעה חלק מהמחקר כסטודנטית אורחת באוניברסיטה העברית; מאמר אחד פורסם בכתב העת המדעי Genetics [1], והשני פורסם בכתב העתTheoretical Population Biology [2]). במאמרים אלו, פותחו מודלים מתמטיים כדי לתאר את אורכי מקטעי הדנ"א ההומוזיגוטיים הנמצאים באוכלוסייה בה גם מקובלים נישואי קרובים בדרגות שונות, וכן גם תתכן קרבת משפחה מדרגה רחוקה יותר עקב מספר מייסדים מצומצם. במאמר שלישי, בהובלת ד"ר הילרי מרטין ממכון סנגר למחקר גנומי באנגליה (פורסם בכתב העת Nature Communications [3]), פרופ' כרמי יישם את המודל המתמטי ע"מ לחקור תהליכים דמוגרפיים של אזרחי בריטניה ממוצא פקיסטני, אשר רצף הדנ"א של כ- 7,000 מהם מופה כחלק ממחקר אפידמיולוגי. אוכלוסיה זו סובלת ממחלות רבות, בין השאר גנטיות, אך לא היתה מיוצגת כיאות במחקרים גנטיים עד כה. השיטה שפיתח פרופ' כרמי בוחנת מקטעי דנ"א הומוזיגוטיים בכל אחד מהנבדקים שהשתתפו במחקר, וכן מקטעי דנ"א זהים בין נבדקים שאינם קרובי משפחה. מתוך נתונים אלו, ניתן להסיק מה היה גודל האוכלוסיה בזמנים היסטוריים שונים, וכן מהו אחוז נישואי הקרובים.

תוצאות המחקר הראו כי אחוז נישואי הקרובים באוכלוסיות שנבדקו גבוה בהרבה מהאחוז הצפוי ע"פ הדיווח העצמי של משתתפי המחקר. המחקר גילה כי המשתתפים, אע"פ שהיו כולם ממוצא פקיסטני, שייכים למספר קבוצות נבדלות גנטיות, אשר התפצלו ב- 1000-2000 השנים האחרונות ומאז שמרו על בידוד מכורח מבנה חברתי המעודד נישואים בתוך הקבוצה. כמעט בכל האוכלוסיות נמצאו סימנים של צמצום משמעותי בגודל האוכלוסיה ב- 500 השנים האחרונות. כאשר משלבים מידע זה ביחד עם ממצא של מספר רב של מקטעי דנ"א הומוזיגוטיים, מגלים כי קרבת משפחה בין הורים כמעט כפולה מזו שחושבה ע"פ הדיווח העצמי. הסבר אחד להבדל הוא שלא רק ההורים הם קרובי משפחה, אלא גם הסבים והסבתות, וכן הלאה מספר דורות אחורה, מה שמוביל לקרבת משפחה דרך מספר רב של ענפים. תוצאות סימולציה הראו כי הסיכון של זוג בריטים ממוצא פקיסטני ללדת ילד עם מחלה רצסיבית התפתחותית קשה גדול פי שניים או יותר אם שני בני הזוג שייכים לאותה קבוצה חברתית.

השיטות שפותחו ע"י פרופ' כרמי ושותפיו מאפשרות ללמוד על הדמוגרפיה של אוכלוסיות עם תבניות מורכבות של נישואים בתוך המשפחה ובתוך האוכלוסיה. התוצאות באוכלוסיה הפקיסטנית הבריטית חושפות אחוז גבוה של קשרי משפחה בין זוגות הורים, שמשתקפים ברמות גבוהות של הומוזיגוטיות ובסיכון גבוה למחלות גנטיות. בעתיד ניתן יהיה ליישם את השיטות באוכלוסיות נוספות, ואף על אוכלוסיות מישראל ומרחבי המזרח התיכון להן מאפיינים דמוגרפיים דומים.