Усъвършенстването на методите за извличане и разчитане на ДНК от фосилни останки е голям пробив в областта на еволюционната генетика. Новите открития дават повече яснота за произхода на човешката популация, за историческия поглед върху миграционните движения и степента на смесване между хората и античните, вече изчезнали Hominini¹, като неандерталците, както и между съвременните човешки популации.
Палеогеномиката излиза от границите на антропологията и се очаква да даде отговор на множествено неизяснени въпроси с ключово значение в съвременната медицина.
Тя ни предлага поглед към човешкото здраве през различни периоди, разкривайки включително и наличието на предишни епидемии. Тези научни изследвания позволяват да обогатим знанията си за връзката между настоящото генетично разнообразие и болестите; да изясним генетичните основи на съвременните заболявания, в това число и вродени грешки на имунитета, които пречат на адекватния отговор на инфекции; да разработим нови лекарства и терапии.
Палеогеномиката като машина на времето
Палеогеномиката е наука за реконструирането и анализа на геномите на организми, които вече не съществуват. Тези анализи могат да предоставят информация кога и как са се изменили определени характеристики на даден вид и как изчезналите видове са свързани с живите в настоящето организми и популации.
Това е сравнително нова научна област, която не би могла да съществува без напредъка в технологиите за възстановяване на антична ДНК (аДНК) от запазени останки, както и без анализа на аДНК с подходи като секвениране от ново поколение и реконструиране на целия геном чрез правилното подреждане на множеството къси, често увредени фрагменти от аДНК. Палеогеномните анализи може да се възприемат като добавка към съвременните изследвания, фокусирани върху човешката физиология. Чрез проучването на части от човешкия геном с установени примеси от неандерталски материал се откриват гени с важно физиологично значение.
Приносите на палеогеномиката обаче не свършват с това. С нарастващия брой аДНК проби става възможен отговорът на множество въпроси, свързани с човешкото здраве – например как човечеството е успяло да оцелее след излагането на патогени в миналото.
На базата на изследвания на модерния човек е известно, че определени мутации в ДНК променят механизмите ни за защита от патогени, което от своя страна обяснява защо са налице най-разнообразни реакции на дадена инфекция. От фосилни останки могат да се изследват промените в честотата на дадени генетични варианти, които влияят върху риска от развитие на инфекциозни заболявания. Това е, един вид, постоянен и безсрочен експеримент с ясно доказателство за стойността на палеогеномиката в медицината.
Първият пълен човешки палеогеном
Най-старият изследван геном от род Homo е от останки на неандерталец на приблизителна възраст 430 000 години, а най-новите налични антични геноми са на не повече от 10 000 години. Античната ДНК е извлечена от проби по целия свят, предимно от северното полукълбо, поради което в геномните изследвания са включени основно останки от европейски предшественици на съвременните хора.
През 2010 г. екипът на Rasmussen публикува данни от първия човешки палеогеном, извлечен от изключително добре запазена проба от коса на палеоескимос. Учените успяват да възстановят 79% от генома и да затвърдят връзката между палеоескимосите и настоящите човешки популации чрез сравняване на митохондриалния геном. Геномът, получен от тази проба, издава също, че собственикът му е с кръвна група А+, че очите му са били кафяви (носител е на вариант в HERC2-OCA2 региона², свързан с този цвят на очите), както и че е бил добре адаптиран към студения климат (на базата на генетични варианти, имащи връзка с метаболизма).
Античната ДНК и съвременните проблеми с нейното анализиране
Античната ДНК е изложена на редица неблагоприятни фактори на околната среда. В резултат тя се разгражда и не може да оцелее повече от един милион години дори и в идеални условия, като ниски температури и ниска влажност. Голяма част от наличната днес аДНК е извлечена от перманентно замразена среда (например арктически лед).
Друг проблем, който затруднява анализирането на аДНК, е контаминацията с друга ДНК. аДНК често може да се открие в почви заедно с други източници на ДНК, като растения, гъби и бактерии. Например първият неандерталски палеогеном съдържа само 5% истинска неандерталска ДНК. При най-успешните опити за извличане на аДНК тя варира между 70 и 95%.
Друг източник на замърсяване с външна ДНК би могъл да бъде начинът на съхраняване и обработка на аДНК.
Най-голямото предизвикателство пред успешния анализ на аДНК е разграничаването ѝ от външната ДНК, независимо от източника ѝ. Заради тези трудности в началото са направени грешки, които сега се преодоляват със следването на протоколи за работа, специално разработени за анализ на аДНК в специализирана стерилна работна среда.
Палеогеномика и медицина – настояще и бъдеще
С увеличаването на пробите с висококачествена аДНК се увеличават и очакванията за приноса на палеогеномиката в медицинските научни изследвания. Но тук възниква следващата пречка, а именно т.нар. плейотропия – когато един и същ ген е отговорен за различни фенотипни изяви).
Изследване на повече от 2000 антични европейски генома сочи, че през последните хилядолетия са естествено селектирани генетични варианти, отговорни за промени при риска от инфекция и едновременно с това свързани с автоимунни прояви.
Преобладаващите генетични варианти, свързани с риск от развитие на автоимунитет, най-вероятно са резултат от позитивна селекция след взаимодействието с патогени от околната среда, тъй като тези варианти отговарят и за понижаване на риска от протичане на инфекциозно заболяване.
Позитивният селективен натиск настъпва поради естествения подбор на определени генетични варианти. Вследствие на отговор на фактори от околната среда честотата на даден генетичен вариант се увеличава в популацията. Пример за такъв естествен селективен натиск е защитата от развитие на маларийна инфекция при хора със сърповидноклетъчна анемия. Маларията е най-разпространена в Африка, където е повишена и честотата на хора, носители на едно здраво копие и едно мутантно копие за гена, произвеждащ хемоглобин. Паразитите, които маларийният комар пренася, инфектират червените кръвни клетки, но при сърповидноклетъчна анемия те са с променена структура и не могат да пренасят кислород. Паразитът се развива по-бавно в тази среда и дава време на имунната система да реагира и да го унищожи.
Откритието на такива плейотропни варианти с помощта на палеогеномиката би могло да спомогне за разработването на лекарства с по-малко странични ефекти. Анализът на чревни микробиоми от древността също може да даде информация как да се справим с антибиотичната резистентност, като изследва еволюцията и разпространението ѝ. Еволюцията на човешкия имунитет също може да се изследва с помощта на антични протеини като антитела и през взаимодействието им с патогените.
2 HERC2 е доста голям ген, локализиран на дългото рамо на 15-тата хромозома (локализация: 15q13). Той може да потиска експресията на гена OCA2, който също е локализиран на дългото рамо на същата хромозома (локализация: 15q13.1). OCA2 е отговорен за продукцията на меланин в ириса. Мутации в HERC2, който е съседен на OCA2, оказват влияние върху експресията на OCA2 и резултатът е сини очи при хората. Нарича се „HERC2-OCA2 регион“, защото тези гени са точно един до друг и са свързани с пигментацията.
Искате да четете повече подобни статии?
„Тоест“ е жив единствено благодарение на вас – нашите будни, критични и верни читатели. Включете се в месечната издръжка на медията с дарителски пакет.
Подкрепете ни