Starożytne DNA: sekrety genetyczne sprzed tysięcy lat

Dilara Devranoğlu – Ekspert w dziedzinie biologii molekularnej, dietetyk – @dilaradevranoglu

Badanie materiału genetycznego uzyskanego ze szczątków ludzi, zwierząt i roślin, które żyły tysiące lat temu, przy użyciu najnowocześniejszych metod, działa jak molekularne okno do przeszłości, pozwalając nam podróżować w czasie. Badania starożytnego DNA (aDNA) wnoszą ekscytujący wkład nie tylko do prehistorii, ale także do współczesnej medycyny i rolnictwa.

CZYM JEST STAROŻYTNE DNA?

Starożytne DNA to nazwa, którą nadajemy fragmentom zdegradowanego DNA, zwykle o długości kilkuset par zasad, uzyskanym z pozostałości archeologicznych lub skamieniałości. Zostało po raz pierwszy wyizolowane z mumii przez Higuchiego i jego współpracowników w 1984 r. i stało się głównym obszarem badań w biologii molekularnej w ciągu ostatnich 40 lat.

Dziś badania nad starożytnym DNA, stanowiące pomost między biologią, antropologią i archeologią, nazywane są również antropologią molekularną i stanowią interdyscyplinarną dziedzinę nauki.

Ewolucja człowieka, mobilność społeczności ludzkich, szlaki migracji i interakcje kulturowe/genetyczne są badane na podstawie starożytnego DNA. Możemy dotrzeć do starożytnego DNA, badając wewnętrzne części ludzkich kości, zębów, włosów, fragmentów skóry, skorup jaj, pancerzyków owadów i nasion uzyskanych spod ziemi w stanowiskach archeologicznych oraz ze środowisk takich jak bagna i jaskinie, wykorzystując najnowsze techniki stosowane w biologii molekularnej, i możemy wyrobić sobie opinię na temat tych stworzeń poprzez analizy przeprowadzone na uzyskanym DNA.

Badania DNA wykorzystuje się również w medycynie sądowej, w badaniach nad wymarłymi gatunkami, do określania wzorców migracji i określania odległości między dawnymi społecznościami.

Badania aDNA, które zyskały popularność w ostatnich latach, skupiają się na takich kwestiach, jak mobilność społeczności ludzkich na Ziemi oraz na tym, czy wymiana genetyczna miała miejsce między blisko spokrewnionymi społecznościami lub gatunkami istniejącymi w tym samym czasie.

JAK więc zachowują się miliony lat DNA?

DNA zaczyna się rozkładać natychmiast po śmierci. Jednak zimne, suche i pozbawione tlenu środowiska, takie jak jaskinie, bagna lub lodowce, spowalniają degradację DNA i mogą pozwolić na jego zachowanie przez tysiące lat. Starożytne DNA to znacznie mniejsze i zdegradowane fragmenty DNA. W analizie tych fragmentów stosuje się technologię PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy). Największym problemem jest tutaj ryzyko połączenia się tych fragmentów DNA z bakteryjnym DNA z tamtego okresu i zmieszania się z DNA badaczy, czyli skażenia. Z tego powodu badania są prowadzone wyłącznie w sterylnych laboratoriach, specjalnie przeznaczonych do starożytnego DNA.

Przeprowadzono również badania, aby ostatecznie udowodnić, że między neandertalczykami a współczesnymi ludźmi zachodziła wymiana genetyczna poprzez analizę starożytnego DNA. Ponadto zmapowano genetycznie społeczności, które przyjęły rolnictwo w Europie i fale migracji z Azji Środkowej.

CZY WYGINĘTE GATUNKI MOGĄ ZOSTAĆ PRZYWRÓCONE?

Dzięki przeprowadzonym badaniom, zastosowaniu krzyżowania wstecznego, gdzie selektywne krzyżowanie odbywa się między bliskimi krewnymi wymarłych gatunków, takich jak mamut, który ma cechy gatunków zbliżonych do współczesnego, transferu jądra komórkowego opartego na klonach, gdzie genomowe DNA pobrane z zachowanych komórek jest przenoszone do jaj współcześnie spokrewnionych gatunków i technologii CRISPR, która jest przełomową metodą inżynierii genetycznej umożliwiającą przebudowę genów, a także technik, które upodabniają DNA współczesnych gatunków do genomów gatunków wymarłych, sprawiły, że koncepcja „odtworzenia” lub „wskrzeszenia” znów stała się ważnym tematem w świecie nauki.

Dziedziną badań, która przyciągnęła szczególną uwagę w latach 90. XX wieku, były badania aDNA uzyskane ze skamieniałości zachowanych w bursztynie i szczątków dinozaurów. Zakładano, że bursztyn również zachował informacje genetyczne, ponieważ tak dobrze zachował organizmy, które zawierał, a dzięki tym badaniom aDNA uzyskano z liścia w bursztynie, który miał około 20 milionów lat, skamieniałości pszczoły, która miała około 40 milionów lat, i kości dinozaurów, które miały 80 milionów lat. Ostatnim punktem tych badań było ogłoszenie w 2024 r. przez amerykańską firmę biotechnologiczną Colossal Biosciences, że odtworzyli Wielkiego Wilka - wilka strasznego - który wyginął 12 tysięcy lat temu w swoich laboratoriach. Jednak oświadczenie to wywołało podekscytowanie w kręgach naukowych, a także różne dyskusje.

Wilk straszny (Aenocyon dirus) to duży, przystosowany do zimna, wymarły wilk, który żył w Ameryce Północnej w okresie plejstocenu, który rozpoczął się 2,6 miliona lat temu. Colossal Biosciences przeanalizowało pofragmentowane próbki DNA z zamrożonych szczątków wilka strasznego. Jednak uzyskane przez nich DNA było uszkodzone i niekompletne, co oznacza, że ​​nie nadawało się do klonowania lub bezpośredniego tworzenia istot żywych. Aby to zrobić, naukowcy wzięli obecne DNA wilka szarego i dokonali 20 zmian genetycznych w sumie 14 regionach DNA, przestawiając geny kodujące cechy fizyczne, takie jak struktura futra i rozwój mięśni, podobnie jak u wilka strasznego. W rzeczywistości powstałe zwierzęta były wilkami szarymi, przypominającymi wilka strasznego jedynie wyglądem. Innymi słowy, nie stworzono jeszcze osobnika przy użyciu starożytnego DNA w całości.

Aby „wskrzesić” wymarły gatunek z naukowego punktu widzenia; wymagane jest kompletne i funkcjonalne starożytne DNA, odpowiednia zastępcza komórka macierzysta z najbliższego gatunku i środowisko macicy. Ponadto, powstały osobnik musi posiadać wszystkie cechy genetyczne swojego rodu.

Niemniej jednak dzięki temu projektowi z zainteresowaniem obserwowaliśmy postęp i wielki potencjał nauki genetycznej, gdzie najnowsze osiągnięcia inżynierii genetycznej można osiągnąć, wykorzystując starożytne fragmenty DNA uzyskane od wymarłych gatunków i przenosząc niektóre cechy danego gatunku, na przykład jego wygląd zewnętrzny, do nowej istoty żywej.

WRESZCIE…

Dziś badania starożytnego DNA stały się wielodyscyplinarnym narzędziem naukowym, które może być wykorzystane nie tylko w historii ludzkości, ale także w takich dziedzinach jak medycyna, rolnictwo, nauka o klimacie i mikrobiologia.

Dzięki danym genomicznym obecnie uzyskanym od osób sprzed tysięcy lat, śledzenie śladów genetycznych starożytnych patogenów, takich jak dżuma i gruźlica, może być dla nas ważnym narzędziem w przygotowaniu się na możliwe nowe pandemie. Ponownie, modelowanie skutków zmian środowiskowych i klimatycznych sprzed tysięcy lat na organizmy żywe za pomocą starożytnych danych genomicznych może przyczynić się do zachowania bioróżnorodności, a na koniec, nawiązanie genetycznych więzi między społeczeństwami z historią niewolnictwa i obecnymi osobami ma być bardzo ważne pod względem wzmocnienia przynależności i pamięci społecznej w kontekście historycznym.

Starożytne DNA nadal będzie jednym z najważniejszych dowodów biologicznych, które ukształtują nie tylko sekrety przeszłości, ale także naukową przyszłość całej historii ludzkości. Trzymajcie się nauki!