biotechnologia


 
 

Neanderthal Genome Project

biotechnologiaAutorką artykułu jest Pani Lena Szturomska-Józwik, doktorantka Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie.

Ponad 5,7 milion lat temu linia gatunku ludzkiego splotła się w czasie z linią szympansa prowadząc 300,000 lat temu do wyodrębnienia neandertalczyka i współczesnego człowieka. W 1856 roku w Feldhofer Cave w Neander Valley, w Niemczech znaleziono szkielet hominida. Szkielet ten nazwano neandertalczykiem, a odkrycie wywołało ogromne zainteresowanie i zainicjowało naukową debatę trwającą przez ponad 150 lat. Założeniem analizy sekwencji genomu homo sapiens neanderthalensis było wyjaśnienie ewolucyjnej relacji między człowiekiem rozumnym a neandertalczykiem, a także określenie mutacji czy ewolucyjnych zmian, dzięki którym homo sapiens sapiens opuścił Afrykę i zdołał zasiedlić cały świat. Po zakończonej sukcesem ekstrakcji pierwszego, potwierdzonego fragmentu DNA neandertalczyka Svante Pääbo z Instytutu Antropologii Ewolucyjnej Max’a Plancka w Lipsku w latach 90-tych ubiegłego stulecia (przy współpracy z 454 Life Sciences Corporation w Branford, USA) podjął pierwsze badania nad genomem „praczłowieka”. Prace badawcze polegały na wprowadzaniu fragmentów DNA do maszyny sekwencjonującej, za pomocą której odbywała się ich analiza. W rezultacie odczytano w 1997 roku DNA mitochondrialnego (mtDNA) neandertalczyka. Materiał genetyczny poddano rekonstrukcji i szczegółowej analizie porównawczej z mtDNA człowieka współczesnego. Badania dowiodły, że oba materiały dziedziczne pochodzą z różnych nisz. Poza tym selekcja w obrębie mtDNA homo sapiens neanderthalensis była uwarunkowana wpływem jakiejś innej linii genetycznej. Sugeruje to z jednej strony, że rzeczywisty rozmiar populacji homo sapiens neanderthalensis był bardzo mały , a z drugiej, wymarcie gatunku odbyło się bez jakiegokolwiek udziału mtDNA współczesnego człowieka. Naukowcy nie posiadają dowodów jakiegokolwiek wpływu ludzkich genów na populację neandertalczyków. Jak podkreślał Pääbo, prace jego zespołu nie zdołają wyjaśnić przyczyn wymarcia homo sapiens neanderthalensis, tego typu zmiany nie pozostawiają bowiem śladów w DNA.

Naukowcy wskazują także raczej na spokrewnienie ze sobą obu osobników, niż uznanie neandertalczyka za przodka współczesnego człowieka. Według nich rozdzielenie gatunków mogło nastąpić około 500,000 lat temu.

Powołując się na te wnioski należy zauważyć fakt, że badania prowadzone były na mtDNA, czyli materiale genetycznym zlokalizowanym poza obrębem DNA jądrowego (nDNA) komórki, które zawiera prawie całą informację genetyczną komórki (98%). „Na nDNA oparta jest cała biologia – jak mówi Noonan, członek grupy badawczej Edwarda Rubin’a, dyrektora U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) i Joint Genome Institute (JGI) – jeśli chcesz zrozumieć w jaki sposób cechy takie jak język czy percepcja są zakodowane, musisz badać nDNA”.

17 listopada 2006 roku grupa naukowców pod kierownictwem Edwarda Rubin’a, opublikowała raport „Neanderthal metagenomic library”, w którym scharakteryzowano około 65,000 par zasad DNA neandertalczyka. Rezultaty otrzymane w publikacji nie tylko przedstawiły nowe informacje na temat genomu, ale także wskazały kierunek rozwoju i poszukiwań, który nie miałby miejsca opierając się tylko na badaniach archeologicznych i badaniach skamieniałości. Edwarda Rubin twierdzi, że w niedalekiej przyszłości antropolodzy będą stawiać hipotezy dotyczące naszych wymarłych przodków na podstawie weryfikacji biliona par sekwencji zasad DNA dostępnych w internetowych bibliotekach. Będzie to technika bardziej powszechna niż studiowanie ograniczonej liczby znalezionych i sztucznie połączonych ze sobą kości dostępnych w zbiorach muzealnych.

Naukowcy z Berkeley Lab i JGI zsekwencjonowali genom pochodzący ze skamieniałych kości neandertalczyka. Wyniki badań wskazały na 99,5 % podobieństwo genomów homo sapiens i homo sapiens neanderthalensis. Pomimo genetycznej analogii i przypuszczalnego zajmowania przez populacje tego samego obszaru geograficznego, nie ma żadnych śladów osobników będących mieszanką obydwu. Z dotychczasowych analiz wynika, że do krzyżowania się gatunków nie dochodziło lub jeśli miało to miejsce, to w sporadycznych przypadkach i bez znaczenia na dalszą ewolucję (na co wskazuje analiza nDNA neandertalczyka). Hipotetycznie mówi się o istnieniu wspólnego przodka, szacunkowo żyjącego około 706,000 lat temu, który dał początek dwóm nowym gatunkom (około 330,000 lat temu). Porównując genom neandertalczyka, szympansa i człowieka zauważono wyraźną zbieżności w DNA szympansa i neandertalczyka, ale nie człowieka. „To umożliwia nam formułowanie hipotezy łączącej pre-historię homo sapiens i homo sapiens neanderthalensis z pojedynczym genomem” jak twierdzi Rubin. Rubin i współpracownicy formułując wnioski rzucili nowe światło na od dawna zadawane pytanie o życie obok siebie tych osobników. Opozycyjni do tego stanowiska naukowcy przyjmują hipotezę mówiącą raczej o naturalnym wymarciu homo sapiens neanderthalensis na skutek chociażby zmian klimatycznych, niż o gatunku homo sapiens neanderthalensis, który został wyparty przez homo sapiens.

12 lutego 2009 roku na spotkaniu American Association for the Advancement of Science w Chicago, międzynarodowe konsorcjum badawcze pod kierownictwem Svante Pääbo z Instytutu Antropologii Ewolucyjnej Max’a Planck’a w Lipsku (zespół Svante Pääbo i 454 Life Sciences Corporation w Branford, USA) ogłosili odczytanie kompletnego DNA neandertalczyka. Określono ponad 3.7 miliardów par zasad, co stanowi około 60% lub 63% całego genomu homo sapiens neanderthalensis (wcześniej podane analizy opracowane w związku z badaniami nad mtDNA, wskazywały na 10% zbieżność DNA neandertalczyka z genami ludzkimi, aktualne badania zweryfikowały wskaźnik do poziomu 3% ).

Szczegółowa analiza genomów jak na razie nie potrafi wyjaśnić dlaczego geny uległy takim zmianom kreśląc ramy współczesnego człowieka. Jean-Jacques Hublin z Max Planck Institute uważa jednak, że „studiowanie genomu Neandertalczyka pozwoli odpowiedzieć na pytanie jak współczesny człowiek stał się prawdziwie współczesnym oraz prawdziwie ludzkim człowiekiem”.

Szczególne zainteresowanie naukowców zwróciła grupa genów odpowiedzialnych za język FOXP2, tzw. „geny mowy i języka”. Współczesny człowiek posiada dwa warianty genów FOXP2, których nie znaleziono u szympansów, a które najprawdopodobniej warunkują sprawność mówienia. Svante Pääbo podaje, że neandertalczyk posiadał te same dwie wersje genu FOXP2. Dodaje także, że „chociaż jest wiele genów warunkujących umiejętność mowy, nie mamy wystarczających dowodów na stwierdzenie, że neandertalczyk nie potrafił jasno wyrażać swoich myśli, tak ja my to robimy”. Wręcz przeciwnie, komplementarność genów warunkujących mowę w obydwu przypadkach, wskazuje na umiejętność mowy u homo sapiens neanderthalensis. Potwierdza to stanowisko także Johannes Krause z Max Planck Institute, twierdząc, że z punktu widzenia tego genu, nie mamy podstaw przypuszczać, że neandertalczyk nie posiadał zdolności mowy podobnej do naszej. Jednocześnie autor przyznaje, że istnieje zbiór wielu genów warunkujących mowę, ale fakt ten nie może być podstawą twierdzenia negującego umiejętność porozumiewania się homo sapiens neanderthalensis.

Projekt badawczy Svante Pääbo wzbudza wielki entuzjazm i podziw. Richard Klein, paleontolog z Uniwersytetu w Stanfrod, określa go mianem „niesamowitej ekscytacji” wskazującej światło na różnice behawioralne neandertalczyka i człowieka współczesnego.

Zastrzeżenia natury etycznej budzą plany stworzenia organizmu opartego na informacji genetycznej homo sapiens neanderthalensis i homo sapiens. Co prawda Pääbo zaprzecza takiej ewentualności, z czym jednak kategorycznie nie zgadza się G.M. Church, genetyk Uniwersytetu Harvard. Wg niego z technicznego punktu widzenia jest możliwa do realizacji konwersja fragmentów DNA neandertalczyka z fragmentami DNA człowieka. Powstałą w ten sposób hybrydę wszczepiono by w przeprogramowaną komórkę szympansa, pełniącą teraz rolę embriona, wszczepionego następnie do macicy szympansa.

Literatura:
Nicholas Wade, Scientists in Germany Draft Neanderthal Genome, www.nytimes.com/2009/02/13/science/13neanderthal.html?_r=2, 07.04.09
The Neandertal Genome Project, w: http://www.eva.mpg.de/neandertal/, 06.04.09
Por. “No evidence of Neandertal mtDNA contribution to early modern humans”, National Center for Biotechnology Information, www.ncbi.nlm.nih.gov, 06.04.09.
Por. “A complete Neandertal mitochondrial genome sequence determined by high-throughput sequencing”, National Center for Biotechnology Information, www.ncbi.nlm.nih.gov, 06.04.09.
Por. “Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans”, National Center for Biotechnology Information, www.ncbi.nlm.nih.gov, 06.04.09.
Nicholas Wade, Scientists in Germany Draft Neanderthal Genome, www.nytimes.com/2009/02/13/science/13neanderthal.html?_r=2, 07.04.09
Por. “Neanderthal Genome Sequencing Yields Surprising Results and Opens a New Door to Future Studies”, www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Genomics-Neanderthal.html, 06.04.09.
Por. “Neanderthal Genome Sequencing Yields Surprising Results and Opens a New Door to Future Studies”, www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Genomics-Neanderthal.html, 06.04.09.
“Neanderthal Genome Sequencing Yields Surprising Results and Opens a New Door to Future Studies”, www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Genomics-Neanderthal.html, 06.04.09.
“Neanderthal Genome Sequencing Yields Surprising Results and Opens a New Door to Future Studies”, www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Genomics-Neanderthal.html, 06.04.09.
Kości wykorzystane do eksperymentu liczą 38 tysięcy lat. Zostały znalezione w jaskini Vindija w Chorwacji. Przy prowadzaniu analiz wykorzystano zaawansowane metody znaczników fragmentów kopalnego DNA co pozwoliło opisać ponad 100 milionów fragmentów DNA. Podstawę badań wykonali badacze z Niemiec, Hiszpanii, Chorwacji i Rosji Nicholas Wade, Scientists in Germany Draft Neanderthal Genome, www.nytimes.com/2009/02/13/science/13neanderthal.html?_r=2, 07.04.09
Por. Nicholas Wade, Scientists in Germany Draft Neanderthal Genome, www.nytimes.com/2009/02/13/science/13neanderthal.html?_r=2, 07.04.09
Mason Inman, „Neanderthal Genome „First Draft” Unveiled”, www.news.nationalgeographic.com, 06.04.09. Mason Inman, “Neandertals Had Same “Language Gene” as Modern Humans”, www.news.nationalgeographic.com, 06.04.09.
Nicholas Wade, Scientists in Germany Draft Neanderthal Genome, www.nytimes.com/2009/02/13/science/13neanderthal.html?_r=2, 07.04.09
Nicholas Wade, Scientists in Germany Draft Neanderthal Genome, www.nytimes.com/2009/02/13/science/13neanderthal.html?_r=2, 07.04.09
Mason Inman, „Neanderthal Genome “First Draft” Unveiled”, www.news.nationalgeographic.com, 06.04.09. Por. Mason Inman, “Neandertals Had Same “Language Gene” as Modern Humans”, www.news.nationalgeographic.com, 06.04.09.
Nicholas Wade, Scientists in Germany Draft Neanderthal Genome, www.nytimes.com/2009/02/13/science/13neanderthal.html?_r=2, 07.04.09

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

204 anonymous users oraz 0 registered users online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u