Nobelova cena za lekárstvo tento rok mieri do oblasti evolučnej genetiky

Nobelovu cenu za fyziológiu a lekárstvo za rok 2022 získava švédsky expert na evolučnú genetiku Svante Pääbo za dekódovanie starovekej DNA. Ocenenie biológovi náleží za objavy, ktoré sa týkajú genómov predchodcov človeka a evolúcie človeka. Pääbovi sa okrem toho podarila sekvencia genómu neandertálca, ktorý žil až pred 300 000 rokmi.

Svojím priekopníckym výskumom dosiahol Svante Pääbo niečo zdanlivo nemožné, a to sekvenovanie genómu neandertálca, vyhynutého príbuzného dnešných ľudí. Učinil taktiež senzačný objav predtým neznámych denisovanov. Pääbo zároveň zistil, že došlo k prenosu génov z týchto, v súčasnosti vyhynutých, homininov na Homo sapiens po migrácii z Afriky asi pred 70 000 rokmi. Tento prastarý tok génov k dnešným ľuďom má dnes fyziologický význam.

Pääbov kľúčový výskum dal vzniknúť úplne novej vedeckej disciplíne – paleogenomike. Tým, že odhalil genetické rozdiely, ktoré odlišujú všetkých žijúcich ľudí od vyhynutých homininov, jeho objavy poskytujú základ pre skúmanie toho, čo nás činí jedinečnými ľuďmi. Okrem toho, že sa mu podarilo sekvenovať mitochondriálnu DNA neandertálcov, sa tiež intenzívne venuje novo objaveným denisovanom. Je zástancom teórie, že medzi neandertálcami, denisovanmi a predkami moderných ľudí dochádzalo bežne k vzájomnému kríženiu a výmene genetických informácií. Vďaka prečítaniu DNA predchodcov človeka tak vidia vedci do histórie omnoho lepšie než predtým, dokážu prečítať genetickú informáciu, zistiť, ako sa predchodcovia človeka líšili a aké od tej doby prebiehali zmeny.

Práve z objavov, ktoré urobil Svante Pääbo, pramenia aj poznatky, že archaické génové sekvencie, ktoré moderní ľudia získali od svojich vyhynutých príbuzných, ovplyvňujú aj ich fyziológiu. Jedným z takýchto príkladov je denisovanská verzia génu EPAS1, ktorá poskytuje výhodu pre prežitie vo vysokej nadmorskej výške a je bežná medzi súčasnými Tibeťanmi. Ďalšími príkladmi sú neandertálske gény, ktoré ovplyvňujú našu imunitnú odpoveď na rôzne typy infekcií. Pääbo sa domnieva, že práve gény, ktoré ľudia získali po neandertálcoch, môžu byť rizikovým faktorom pri ochorení covidom-19. Podľa štúdie zverejnenej v časopise Nature je riziko, že budú musieť pacienta s covidom-19 pripojiť na pľúcnu ventiláciu, až trikrát vyššie, ak má vo svojej genetickej výbave neandertálsky haplotyp. Ten sa vyskytuje asi u 16 percent obyvateľov Európy a zhruba polovice obyvateľov južnej Ázie. V Afrike a východnej Ázii ho naproti tomu prakticky nenachádzame.

Ako to všetko začalo…

Na počiatku svojej kariéry bol Svante Pääbo fascinovaný možnosťami využitia moderných genetických metód ku štúdiu DNA neandertálcov. Zakrátko si však uvedomil extrémne technické výzvy, pretože s časom sa DNA chemicky modifikuje a rozkladá na krátke fragmenty. Po tisíckach rokov zostali iba stopové množstvá DNA a to, čo zostalo, je masívne kontaminované DNA baktérií a súčasných ľudí. V roku 1990 bol Pääbo prijatý na univerzitu v Mníchove, kde ako novo vymenovaný profesor pokračoval vo svojej práci na archaickej DNA. Rozhodol sa analyzovať DNA neandertálskych mitochondrií – organel v bunkách, ktoré obsahujú vlastnú DNA. Mitochondriálny genóm je síce malý a obsahuje iba zlomok genetickej informácie v bunke, ale je prítomný v tisíckach kópií, čo zvyšuje šancu na úspech. Vďaka rafinovaným metódam sa Pääbovi podarilo sekvenovať oblasť mitochondriálnej DNA zo 40 000 rokov starého kusu kosti. Vedci tak po prvýkrát mali prístup k sekvencii od vyhynutého príbuzného. Porovnanie so súčasnými ľuďmi a šimpanzami ukázalo, že neandertálci boli geneticky odlišní.

S postupom času jeho výskumný tím neustále vylepšoval metódy izolácie a analýzy DNA z archaických kostných pozostatkov. Vedci využili nový technický vývoj, vďaka ktorému bolo sekvenovanie DNA vysoko efektívne. Pääbo taktiež zapojil niekoľkých kritických spolupracovníkov s odbornými znalosťami v oblasti populačnej genetiky a pokročilých sekvenčných analýz. Jeho úsilie bolo úspešné. Pääbo dosiahol zdanlivo nemožné, a v roku 2010 tak mohol publikovať prvú sekvenciu genómu neandertálcov.

Porovnávacie analýzy ukázali, že posledný spoločný predok neandertálcov a Homo sapiens žil asi pred 800 000 rokmi. Podľa týchto porovnávacích analýz boli sekvencie DNA neandertálcov viac podobné sekvenciám súčasných ľudí pochádzajúcich z Európy alebo Ázie než súčasným ľuďom pochádzajúcim z Afriky, čo dokladá, že neandertálci a Homo sapiens sa krížili v priebehu tisícok rokov svojho spolužitia. U moderných ľudí s európskym alebo ázijským pôvodom pochádza približne jedno až štyri percentá genómu od neandertálcov.

Senzačný objav denisovana

V roku 2008 bol v Denisovej jaskyni na juhu Sibíri objavený 40 000 rokov starý fragment prstovej kosti. Kosť obsahovala výnimočne dobre zachovanú DNA, ktorú Pääbov tím sekvenoval. Výsledky spôsobili senzáciu: sekvencia DNA bola jedinečná v porovnaní so všetkými známymi sekvenciami od neandertálcov a súčasných ľudí. Pääbo objavil doposiaľ neznámeho hominina, ktorý dostal meno denisovan. Porovnanie so sekvenciami súčasných ľudí z rôznych častí sveta ukázalo, že k toku génov došlo taktiež medzi denisovanmi a Homo sapiens. Tento vzťah bol prvýkrát pozorovaný u populácií v Melanézii a ďalších častiach juhovýchodnej Ázie, kde sú jedinci nositeľmi až šiestich percent denisovanskej DNA.

Pääbove objavy priniesli nové pochopenie našej evolučnej histórie. V dobe, kedy Homo sapiens migroval z Afriky, obývali Euráziu najmenej dve vyhynuté populácie homininov. Neandertálci žili v západnej Eurázii, zatiaľ čo denisovania obývali východnú časť kontinentu. V priebehu expanzie mimo Afriku a migrácie na východ sa Homo sapiens stretli a krížili nielen s neandertálcami, ale aj s denisovanmi.

Pääbove objavy vytvorili jedinečný zdroj, ktorý je rozsiahle využívaný vedeckou komunitou k lepšiemu pochopeniu ľudskej evolúcie a migrácie. Nové výkonné metódy sekvenčnej analýzy naznačujú, že archaickí hominini sa tiež mohli v Afrike miešať s Homo sapiens. No jednako, žiadne genómy z vyhynutých homininov v Afrike neboli kvôli zrýchlenej degradácii archaickej DNA v tropickom podnebí doposiaľ sekvenované. Prebiehajúci intenzívny výskum sa zameriava na analýzu funkčných dôsledkov týchto rozdielov s konečným cieľom vysvetliť, čo nás činí jedinečnými ľuďmi.