Nobelova cena za fyziologii a lékařství: Je to pravda odvěká, genom dělá člověka

Letošní laureát Nobelovy ceny za fyziologii a lékařství Svante Pääbo

Klikatá cesta k Homo sapiens

Předpokládá se, že poslední společný předek lidí a šimpanzů žil přibližně před 6 miliony let. Rod Homo se objevil asi před 3 miliony let a jeho časná historie je charakteristická velkým množstvím částečně se lišících druhů, z nichž většina evolučně zanikla. Nejúspěšnějším byl Homo erectus, první druh, o němž je známo, že opustil africký kontinent. Následná evoluce vedla k našim vyhynulým příbuzným, neandrtálcům, kteří obývali rozlehlé oblasti Eurasie v období před 400 tisíci až 30 tisíci lety.

Moderní člověk, Homo sapiens, se poprvé objevuje na území Afriky asi před 300 tisíci lety a jeho expanze na území Eurasie začala migrací na Blízký Východ přibližně před 70 tisíci lety. Odhaduje se, že moderní lidé a neandrtálci museli koexistovat nejméně 20 tisíc let, nebylo však jasné, jak mezi sebou interagovali. Brzy začalo být zřejmé, že pro objasnění stupně našeho příbuzenství s neandrtálci budou nutné genetické analýzy.

Jak vytvořit lidský rodokmen?

Průkopníkem v objasnění evoluce lidského rodu se stal Allan Wilson, který ve své přelomové práci z roku 1987 [1] na základě analýzy mitochondriální DNA objasnil, že všechny subpopulace Homo sapiens pocházejí z Afriky. Vzhledem k tomu, že veškerá mitochondriální DNA v lidském genomu se dědí výhradně po mateřské linii a že mitochondriální genom obsahuje pouze 16,5 tisíce párů bází (bp) oproti 3 milionům bp jaderného genomu, bylo jasné, že pro definitivní potvrzení teorie „africké pramáti“ bude třeba dalších výzkumů.

S bouřlivým rozvojem projektu sekvenování lidského genomu (Human Genome Project) v 90. letech 20. století se postupně podařilo shromáždit dostatek dat pro referenční genom dnešního člověka i pro analýzy různých lidských populací a evoluční studie. 

Překážky na cestě k sekvenaci pravěkých pozůstatků

Pro výzkum našeho příbuzenství s vyhynulými hominidy ovšem inferenční studie na základě současné lidské DNA nestačí. Extrakce a sekvenace prastaré DNA z archeologických nálezů se přitom donedávna zdála jako nedosažitelný cíl. DNA obsažená v biologickém materiálu totiž v průběhu času podléhá chemickým modifikacím a rozpadá se na krátké fragmenty, které jsou dále kontaminovány DNA přítomných bakterií. Obzvlášť záludná je také kontaminace současnou lidskou DNA, jež vzniká při neopatrné manipulaci s archeologickým materiálem.

Genom neandrtálců

Svante Pääbo během desetiletí své kariéry vyvinul řadu metod a postupů, díky nimž se nakonec v roce 1997 podařilo osekvenovat mitochondriální DNA pocházející z pažní kosti neandrtálce staré 40 tisíc let [2]. Porovnání této sekvence se současnými lidmi a šimpanzi ukázalo, že neandrtálci jsou geneticky odlišným druhem.

Pääbův tým dále zpřesňoval a vylepšoval technologické postupy izolace a analýzy DNA z pravěkých pozůstatků a v roce 2010 mohl publikovat první náčrt sekvence jaderného genomu neandrtálců [3]. Srovnávacími analýzami bylo stanoveno, že poslední společný předek moderních lidí a neandrtálců žil asi před 800 tisíci lety. Také se ukázalo, že genom neandrtálců je podobnější dnešní populaci lidí pocházejících z Evropy či Asie než z Afriky. To znamená, že během koexistence neandrtálců a Homo sapiens docházelo k vzájemnému křížení. Přibližně 1–4 % genomu moderní evropské či asijské populace pochází od neandrtálců.

Další hominidé

V roce 2008 byl v jeskyni Denisova na jižní Sibiři objeven fragment prstní kůstky starý 40 tisíc let. Kostička obsahovala výjimečně zachovalou DNA, kterou Pääbo se svým týmem osekvenoval. Výsledek byl senzační – sekvence DNA byla unikátní v porovnání se současnými lidmi i neandrtálci [4]. Svante Pääbo tak objevil zcela nový druh hominidů, kteří dostali označení denisované. Ukázalo se, že i jejich geny jsou součástí genomu Homo sapiens, u některých osob z jihovýchodní Asie je to až 6 % genomu.

Přínosy paleogenomiky

Svante Pääbo svými objevy založil zcela nový vědní obor – paleogenomiku. Jeho vědecké skupině se podařilo dokončit analýzy několika dalších genomů vyhynulých hominidů a tato data vědecká komunita extenzivně využívá pro výzkumy evoluce a migrace lidského druhu.

Ukazuje se také, že sekvence genů pocházející od našich vyhynulých předků ovlivňují naši současnou fyziologii. Například denisovanská varianta genu EPAS1 (gen pro hypoxií indukovaný faktor 2α) poskytuje výhodu pro přežití ve vysokých nadmořských výškách a je často přítomná v populaci dnešních obyvatel Tibetu. Určité varianty neandrtálských genů zase ovlivňují imunitní odpověď na různé typy infekcí.

(este)

Zdroje:
1. Cann R. L., Stoneking M., Wilson A. C. Mitochondrial DNA and human evolution. Nature 1987; 325 (6099): 31–36, doi: 10.1038/325031a0.
2. Krings M., Stone A., Schmitz R. W. et al. Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. Cell 1997; 90 (1): 19–30, doi: 10.1016/s0092-8674(00)80310-4.
3. Green R. E., Krause J., Briggs A. W. et al. A draft sequence of the Neandertal genome. Science 2010; 328 (5979): 710–722, doi: 10.1126/science.1188021.
4. Reich D., Green R. E., Kircher M. et al. Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature 2010; 468 (7327): 1053–1060, doi: 10.1038/nature09710.
5. Karlsson Hedestam G., Wedell A. Scientific background. Discoveries concerning the genomes of extinct hominins and human evolution. Nobel Prize Outreach AB, 2022 Oct 6. Dostupné na: www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/advanced-information