Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny 2022
Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny przyznano w tym roku profesorowi Svante Pääbo za jego odkrycia dotyczące genomów wymarłych homininów oraz ewolucję człowieka.
Ludzkość zawsze fascynowało pytanie o naszą przeszłość: skąd pochodzimy i jak jesteśmy spokrewnieni z tymi, którzy byli przed nami. Co nas, Homo sapiens, odróżnia od innych homininów?
Dzięki swoim pionierskim badaniom Svante Pääbo dokonał czegoś pozornie niemożliwego: zsekwencjonował genom neandertalczyka, wymarłego krewnego współczesnych ludzi. Dokonał także sensacyjnego odkrycia nieznanego wcześniej hominina – denisowianina. Co ważne, Pääbo odkrył również, że nastąpił transfer genów z tych wymarłych homininów do Homo sapiens po migracji z Afryki około 70 000 lat temu. Ten starożytny przepływ genów od neandertalczyków i denisowian do współczesnych ludzi ma dziś znaczenie fizjologiczne, na przykład wpływa na reakcję naszego układu odpornościowego na infekcje.
Przełomowe badania Pääbo dały początek zupełnie nowej dyscyplinie naukowej - paleogenomice. Ujawniając różnice genetyczne, które odróżniają wszystkich żyjących ludzi od wymarłych homininów, jego odkrycia stanowią podstawę do zbadania tego, co czyni nas wyjątkowymi.
Skąd pochodzimy?
Pytanie o nasze pochodzenie i o to, co nas wyróżnia, zajmuje ludzkość od czasów starożytnych. Badania dostarczyły dowodów na to, że anatomicznie współczesny człowiek, Homo sapiens, po raz pierwszy pojawił się w Afryce około 300 000 lat temu, podczas gdy nasi najbliżsi znani krewni, neandertalczycy, rozwinęli się poza Afryką i zamieszkiwali Europę oraz Azję Zachodnią od około 400 000 do 30 000 lat temu. Około 70 000 lat temu grupy Homo sapiens migrowały z Afryki na Bliski Wschód, a stamtąd rozprzestrzeniły się na resztę świata. Homo sapiens i neandertalczycy współistnieli więc na dużych obszarach Eurazji przez dziesiątki tysięcy lat.
Ale co wiemy o naszych relacjach z wymarłymi neandertalczykami? Wskazówki mogą pochodzić z informacji genomowych – pod koniec lat 90. zsekwencjonowano prawie cały ludzki genom. Było to znaczące osiągnięcie, które umożliwiło późniejsze badania zależności genetycznych między różnymi populacjami ludzkimi. Jednak badania relacji między współczesnymi ludźmi a wymarłymi neandertalczykami wymagałyby zsekwencjonowania genomowego DNA odzyskanego z archaicznych okazów.
Pozornie niemożliwe zadanie
Na początku swojej kariery Svante Pääbo zafascynował się możliwością wykorzystania nowoczesnych metod genetycznych do badania DNA neandertalczyków. Szybko jednak zdał sobie sprawę z ekstremalnych wyzwań technicznych, ponieważ z czasem DNA ulega modyfikacji chemicznej i rozpada na krótkie fragmenty. Po tysiącach lat pozostały tylko śladowe ilości DNA, a to, co pozostaje jest masowo zanieczyszczone prze DNA bakterii i współczesnych ludzi. Jako doktorant pracujący z Allanem Wilsonem, pionierem w dziedzinie biologii ewolucyjnej, Pääbo zaczął opracowywać metody badania DNA neandertalczyków.
W 1990 roku Pääbo został zatrudniony na Uniwersytecie w Monachium, gdzie jako nowo mianowany profesor kontynuował pracę nad archaicznym DNA. Postanowił przeanalizować DNA z mitochondriów neandertalskich – organelli w komórkach zawierających własne DNA. Genom mitochondrialny jest mały i zawiera tylko ułamek informacji genetycznej w komórce, ale występuje w tysiącach kopii, co zwiększa szansę na sukces. Dzięki swoim wyrafinowanym metodom Pääbo zdołał zsekwencjonować region mitochondrialnego DNA z kawałka kości sprzed 40 000 lat. W ten sposób po raz pierwszy mieliśmy dostęp do sekwencji wymarłego krewnego współczesnego człowieka. Porównania ze współczesnymi ludźmi i szympansami wykazały, że neandertalczycy byli genetycznie odrębnym gatunkiem.
Sekwencjonowanie genomu neandertalczyka
Ponieważ analizy małego genomu mitochondrialnego dostarczyły jedynie ograniczonych informacji, Pääbo podjął się teraz ogromnego wyzwania, jakim było zsekwencjonowanie właściwego genomu neandertalczyka. W tym czasie otrzymał szansę założenia Instytutu Maxa Plancka w Lipsku w Niemczech. W nowym instytucie Pääbo i jego zespół stale ulepszali metody izolacji i analizy DNA z archaicznych szczątków kostnych. Zespół badawczy wykorzystał nowe osiągnięcia techniczne, dzięki którym sekwencjonowanie DNA stało się bardzo wydajne. Pääbo zaangażował również kilku kluczowych współpracowników posiadających wiedzę ekspercką w zakresie genetyki populacji i zaawansowanych analiz sekwencji. Jego starania zakończyły się sukcesem. Dokonał pozornie niemożliwego i w 2010 roku mógł opublikować pierwszą sekwencję genomu neandertalczyka. Analizy porównawcze wykazały, że najnowszy wspólny przodek neandertalczyków i Homo sapiens żył około 800 000 lat temu.
Pääbo i jego współpracownicy mogli teraz zbadać relacje między neandertalczykami a współczesnymi ludźmi z różnych części świata. Analizy porównawcze wykazały, że sekwencje DNA neandertalczyków były bardziej podobne do sekwencji współczesnych ludzi pochodzących z Europy lub Azji niż do współczesnych ludzi pochodzących z Afryki. Oznacza to, że neandertalczycy i Homo sapiens krzyżowali się w ciągu tysiącleci koegzystencji. U współczesnych ludzi pochodzenia europejskiego lub azjatyckiego około 1-4% genomu pochodzi od neandertalczyków.
Sensacyjne odkrycie: człowiek z Denisowej Jaskini
W 2008 roku w jaskini Denisova w południowej części Syberii odkryto 40 000-letni fragment kości palca. Kość zawierała bardzo dobrze zachowane DNA, które zespół Pääbo zsekwencjonował. Wyniki wywołały sensację: sekwencja DNA była wyjątkowa w porównaniu ze wszystkimi znanymi sekwencjami neandertalczyków i współczesnych ludzi. Pääbo odkrył nieznanego wcześniej hominina, któremu nadano imię denisowianina. Porównania z sekwencjami współczesnych ludzi z różnych części świata wykazały, że przepływ genów miał również miejsce między denisowianinem a Homo sapiens. Ten związek po raz pierwszy zaobserwowano w populacjach w Melanezji i innych częściach Azji Południowo-Wschodniej, gdzie poszczególni ludzie noszą do 6% DNA denisowianina.
Paleogenomika i jej znaczenie
Dzięki swoim przełomowym badaniom Svante Pääbo ustanowił całkowicie nową dyscyplinę naukową – paleogenomika. Po wstępnych odkryciach jego grupa zakończyła analizy kilku dodatkowych sekwencji genomu wymarłych homininów. Odkrycia Pääbo stworzyły unikalny zasób, który jest szeroko wykorzystywany przez społeczność naukową do lepszego zrozumienia ewolucji i migracji człowieka. Nowe, coraz lepsze metody analizy sekwencji wskazują, że archaiczne homininy mogły również mieszać się z Homo sapiens w Afryce. Jednak żadne genomy wymarłych homininów w Afryce nie zostały jeszcze zsekwencjonowane z powodu przyspieszonej degradacji archaicznego DNA w klimacie tropikalnym.
Dzięki odkryciom Svante Pääbo rozumiemy teraz, że archaiczne sekwencje genów naszych wymarłych krewnych wpływają na fizjologię współczesnych ludzi. Jednym z takich przykładów jest denisowiańska wersja genu EPAS1, która zapewnia przeżycie na dużych wysokościach i jest powszechna wśród współczesnych Tybetańczyków. Innym przykładem są geny neandertalskie, które wpływają na naszą odpowiedź immunologiczną na różne rodzaje infekcji.
Źródło: informacja prasowa serwisu Nobelprice.org
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/press-release/
