Arheolog genoma: Svante Pääbo Understand article

Prevela Aleksandra Zečić, Biološki fakultet, Beograd. Evolucioni genetičar Svante Pääbo govori Eleanor Hayes o tome kako on istražuje po genomu da bi razumeo evoluciju čoveka.

Oduvek sam zamišljala arheologe u blatu do kolena, kako iskopavaju kosti, krhotine posuda ili drevni nakit. Ali kada sam upoznala Svante Pääbo, ‘arheologa genoma’, on nije bio sav blatnjav, niti smo bili na otvorenom.

Umesto toga, sastali smo se – sasvim odgovarajuće – u potpuno novom Unapređenom centru za obuku u Evropskoj laboratoriji za molekularnu biologiju u Hajdelbergu, Nemačka. Dizajnirana da predstavlja molekul DNK, zgrada ima dva helijačna hodnika sa kancelarijama međusobno povezanim staklenim mostovima koji predstavljaju vodonične veze^w1.

Koja je veza između DNK i arheologije? „ Na neki način moje kolege i ja radimo ono što rade i arheolozi, objašnjava profesor Pääbo. “ Iskopavanja, ali ne u staroj pećini, već u našem genomu. Proučavamo sekvence naše DNK tragajući za delićima naše istorije, da bismo, na primer, saznali odakle potičemo i u kakvoj smo vezi sa ranijim formama ljudskih bića. ”

Kako je, pitam se, dospeo u ovu oblast istraživanja? On objašnjava da ga je rana fascinacija Egiptom, podstaknuta odmorima provedenim tamo sa majkom, navela da studira egiptologiju na Univerzitetu Upsala, Švedska (University of Uppsala). Međutim, tamo su njegovi snovi raspršeni: “Više smo učili o drevnim egipatskim oblicima reči nego što smo iskopavali mumije i piramide u Egiptu kako sam ja zamišljao.” Razočaran, odlučio je da umesto toga studira medicinu, i tada je počeo doktorske studije iz molekularne imunologije.

Međutim, strast za Egiptom je ostala. Osamdesetih godina prošlog veka, analiza DNK skvence je bila tek početak. Naravno, mislio je Svante Pääbo, neko je morao da proba da izoluje i analizira DNK iz egipatskih mumija? “Znao sam sa svojih studija egiptologije da postoje hiljade mumija u muzejima i još stotine otkrivenih svake godine u Egiptu.

Čini se da nije postojalo ništa u literaturi o izolovanju DNK iz njih, pa sam počeo samostalno da radim na tome.” Znajući da njegov mentor na doktorskim studijama neće to odobriti, obratio se za pomoć bivšem profesoru egiptologije i zatim je radio u laboratoriji noću i vikendima. Rezultat je bio san svakog mladog naučnika: članak u časopisu Nature (Pääbo, 1985).

Nakon doktorskih studija i na temelju njegovog članka u Nature, Svante Pääbo je prešao na Berkli na Kalifornijskom univerzitetu, SAD (University of California at Berkeley). Tada je počeo da shvata kako je teško izbeći kontaminaciju radeći na drevnim ljudskim uzorcima – drugim rečima, da li je DNK koju je izolovao iz mumija zaista bila DNK drevnog Egipćanina, ili je sekvencirao DNK prethodnih antropologa? On se stoga koncentrisao na izolovanje DNK iz drugih drevnih primeraka, uključujući one od izumrlog torbarskog vuka i moe – džinovske ptice neletačice.

Kada je 1990. prešao na Minhenski univerzitet u Nemačkoj (University of Munich), kako bi postao profesor sa samo 35 godina, nastavio je da radi na DNK drevnih organizama, uključujući i mamute. Pojava lančane polimerazne reakcije (PCR) omogućila je naučnicima da brzo replikuju uzorke DNK, što je olakšalo proveru na DNK kontaminaciju sprovođenjem mnogih identičnih eksperimenata i korišćenjem kontrola. To je ohrabrilo profesora Pääbo da opet počne rad na drevnoj ljudskoj DNK. Ovoga puta, on je bio deo tima koji je istraživao DNK jednog od drevnih egipatskih savremenika Evropljana: ‘Ötzi’, 5000 godina staro telo nađeno očuvano u ledu Ötztal Alpa na austrijsko-italijanskoj granici 1991. godine.

Inspirisan uspehom istraživanja koje je pokazalo da je Ötzina mitohondrijalna DNK (vidi dijagram dole) bila veoma slična istoj kod savremenih centralno- i severnoevropskih populacija (Handt et al., 1994), Svante Pääbo je otišao još dalje natrag kroz vreme– oko 38 000 godina u prošlost. Želeo je da iskoristi DNK analizu da istraži ljudsko poreklo.

“Jedno od velikih saznanja u ovoj oblasti u proteklih 20 godina je da su savremeni ljudi relativno nedavno došli iz Afrike,” objašnjava professor Pääbo. Iako mnogo manje ljudi živi u Africi nego izvan Afrike, ukoliko pogledamo varijacije u DNK sekvencama, uviđamo da većina varijacija postoji u Africi, a sve izvan Afrike je podtip te varijacije. Ispostavlja se da je tokom proteklih 100 000 godina grupa Afrikanaca napustila Afriku i kolonizovala ostatak sveta. Tako da ja volim da kažem kako smo svi mi Afrikanci sa tačke gledišta molekularne genomike; bez obzira da li živimo u Africi ili smo nedavno prognani.”

Ali savremeni ljudi, Homo sapiens, nisu bili jedini koji su postojali u to vreme. Naši rođaci su lutali Evropom i zapadnom Azijom (Bliski i Srednji istok) još pre oko 300 000 do 30 000 godina: Neandertalci, H. neanderthalensis. Od otkrića nekih ljudskih kostiju čudnog izgleda u Neandertalskoj dolini blizu Dizeldorfa 1856. godine u Nemačkoj, kontroverza je harala nad sudbinom Neandertalaca.Da li su savremeni ljudi kada su migrirali iz Afrike u Evropu ubili Neandertalce? Proterali ih? Ili su se ukrštali sa njima? Kada mi Evropljani pogledamo sliku Neandertalca, da li gledamo u jednog od naših dalekih predaka? Svante Pääbo i njegove kolege rešili su da saznaju, poredeći DNK izolovanu iz kostiju 38 000 godina starog neandertalskog primerka sa DNK iz različitih populacija savremenih ljudi.

Rezultati su bili fascinantni: neafrički savremeni ljudi poseduju neke DNK sekvence koje su slične neandertalskim, ali koje nisu pronađene i kod Afrikanaca. Zapravo, podaci naučnika sugerišu da između 1 i 4 % genoma neafrikanaca potiče od Neandertalaca (Noonan et al., 2006).

“Najjednostavije objašnjenje je to da su savremeni ljudi, kada su prvi put napustili Afriku, prošli kroz Srednji Istok i onda nastavili i kolonizovali ostatak sveta. Na Srednjem Istoku su se savremeni ljudi ukrštali sa Neandertalcima i njihovi potomci preneli neandertalske DNK sekvence – u Australiju ili Papuu Novu Gvineju, ili Ameriku,” objašnjava profesor Pääbo. Samo su afričke populacije bile nepromenjene (vidi dijagram ispod).

“Ono što je meni fascinantno je to da sa analizom DNK sekvence možemo odgovoriti na pitanja koja ne možemo odgonetnuti posmatrajući skelete prvih ljudi ili kamenih alatki koje su oni ostavili za sobom.”

Od 1997., veran svojoj ranoj fascinaciji ljudskim poreklom, profesor Pääbo je direktor Instituta za evolucionu antropologiju Maks Plank u Lajpcigu, Nemačka (Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology)

Tamo istraživači iz prirodnih i društvenih nauka istražuju istoriju ljudske vrste poredeći gene, kulture, kognitivne sposobnosti, jezike i socijalne sisteme prošlih i sadašnjih ljudskih populacija, kao i primate u bliskoj vezi sa ljudskim bićima.

Kako, pitam ga, sprovodi svoje istraživanje? “ Moj rad je u laboratoriji, ali mi sarađujemo sa ljudima koji iskopavaju kosti ili sa kustosima muzeja koji dobijaju te kosti. I sve je naglašenije da je, zato što možemo posmatrati ne samo male delove DNK već i cele genome, veoma važno analizirati podatke pomoću kompjutera.” Svante Pääbo, aktivni istraživač u laboratoriji, smatra da je ovo ponekad frustrirajuće. “Nisam baš upućen u sve detalje iz bioinformatike, tako da sam u rukama onih ljudi koji znaju. Sada kada obučavamo naše studente, trudimo se da nauče obe strane: mladi naučnici koji pre svega rade sa računarima treba da provedu neko vreme u laboratoriji kako bi razumeli šta se dešava, i obrnuto. ”

@EIROforum: ESRF istraživanje

Jedna od najuzbudljivijih upotreba veoma jakih X-zraka stvorenih u Evropskom postrojenju za sinhrotronsko zračenje (ESRF)^w2 je neinvazivno proučavanje fosila. Fosilni zubi posebno sadrže suštinsku informaciju jer se mogu koristiti za određivanje tačnog uzrasta mladih jedinki u trenutku smrti: brojanjem dnevnog prirasta linija u zubnoj gleđi.

Izvanredan nalaz novijih studija je da su Neandertalci odrastali znatno brže od savremenih ljudi, H. sapiens, uključujući i neke od najranijih grupa koje su živele u Africi pre 90-100 000 godina. Izgleda da je obrazac pronađen kod Neandertalaca, H. neanderthalensis, posrednik između onog pronađenog kod prvih članova roda (npr. H. erectus) i savremenih ljudi (H. sapiens). Ovo sugeriše da su spor razvoj i dugo detinjstvo karakteristike H. sapiens i da je rod Homo prešao sa primitivnog stanja ‘živi brzo i reprodukuj se mlad’ na strategiju ‘rasti sporo i uči od svojih roditelja’, koja je pomogla savremenim ljudima da dostignu svoj trenutni položaj na našoj planeti.

Kako biste saznali više, pogledajte saopštenje za javnost^w3 (izjavu za štampu) ili originalne naučne radove: Macchiarelli et al. (2006) i Smith et al. (2010).

ESRF je jedna od članica EIROforum^w4, izdavača Science in School.

Trenutno, profesor Pääbo radi na jednom još daljem čovekovom rođaku nego što je Neandertalac. Na prvi pogled, on i njegove kolege su imali malo toga na osnovu čega bi izvukli zaključke: samo vrh male kosti prsta, pronađene u južnom Sibiru. Naučnici su znali da je ova kost pripadala nekoj vrsti hominida – ili ljudske forme – ali u početku su znali samo nešto malo o tome. Kako je ta vrsta izgledala? Koliko je bila rasprostranjena? Da li je to mogao biti tip hominida pronađenog širom Azije, dok su Neandertalci bili ograničeni na zapadnije regije?

Naučnici su započeli sekvenciranjem mitohondrijalnog genoma i uvideli da se on veoma razlikovao i od onog kod savremenog čoveka i kod Neandertalca. Poređenjem DNK sekvenci tri grupe bili su u stanju da procene koliko davno su one počele da evoluiraju u različitim pravcima. (Da biste naučili kako ovo da uradite u učionici, pogledajte Kozlowski, 2010.)

S obzirom na to da je poslednji zajednički predak Neandertalaca i savremenih ljudi živeo pre pola miliona godina, misteriozni hominid odvojio se od neandertalsko – ljudskog pretka pre oko milion godina. Taj mali fragment kosti je zapravo pripadao veoma dalekom čovekovom rođaku.

Ovo je prvi put da je novi hominid potpuno opisan putem svoje DNK sekvence, ali Svante Pääbo veruje da će takve analize postati sve popularnije. “Ovaj mali koštani fragment teško da sadrži ikakvu informaciju o tome kako je jedinka izgledala, ali ukoliko je dovoljno dobro očuvan, naš naredni korak će biti da rekonstruišemo čitav genom iz njega. Mislim da ćemo u budućnosti opisati novootkrivene organizme putem njihove DNK pre nego na osnovu njihovog spoljašnjeg izgleda.”

Ovaj članak je zasnovan na inervjuu sa Svante Pääbo u Evropskoj laboratoriji za molekularnu biologiju u junu 2010.

Download

Download this article as a PDF