Древняя ДНК: генетические секреты, которым тысячи лет

Дилара Девраноглу - эксперт по молекулярной биологии, диетолог - @dilaradevranoglu

Изучение генетического материала, полученного из останков людей, животных и растений, живших тысячи лет назад, с использованием передовых методов, действует как молекулярное окно в прошлое, позволяя нам путешествовать во времени. Исследования древней ДНК (aDNA) вносят захватывающий вклад не только в доисторическую эпоху, но и в современную медицину и сельское хозяйство.

ЧТО ТАКОЕ ДРЕВНЯЯ ДНК?

Древняя ДНК — это название, которое мы даем фрагментам деградировавшей ДНК, обычно длиной в несколько сотен пар оснований, полученным из археологических останков или окаменелостей. Впервые она была выделена из мумии Хигучи и его коллегами в 1984 году и стала основной областью исследований в области молекулярной биологии за последние 40 лет.

Сегодня исследование древней ДНК, выступающее связующим звеном между биологией, антропологией и археологией, также называют молекулярной антропологией — междисциплинарной областью науки.

Эволюция человека, мобильность человеческого сообщества, пути миграции и культурно-генетические взаимодействия изучаются с помощью древней ДНК. Мы можем добраться до древней ДНК, исследуя внутренние части человеческих костей, зубов, волос, фрагменты кожи, яичную скорлупу, экзоскелеты насекомых и семена, полученные из-под земли в археологических раскопках и из таких мест, как болота и пещеры, используя новейшие методы, используемые в молекулярной биологии, и мы можем составить мнение об этих существах с помощью анализов, проведенных на полученной ДНК.

Исследования ДНК также используются в судебной медицине, при изучении вымерших видов, при определении схем миграции и определении расстояний между древними сообществами.

Исследования ДНК, которые стали популярными в последние годы, сосредоточены на таких вопросах, как мобильность человеческих сообществ на Земле и то, происходил ли генетический обмен между близкородственными сообществами или видами, существовавшими в одно и то же время.

ТАК КАК ЖЕ СОХРАНЯЮТСЯ МИЛЛИОНЫ ЛЕТ ДНК?

ДНК начинает разрушаться сразу после смерти. Однако холодные, сухие и бескислородные среды, такие как пещеры, болота или ледники, замедляют деградацию ДНК и могут позволить ей сохраняться в течение тысяч лет. Древняя ДНК намного меньше и деградировала фрагменты ДНК. Технология ПЦР (полимеразная цепная реакция) используется для анализа этих фрагментов. Самая большая проблема здесь — риск слияния этих фрагментов ДНК с бактериальной ДНК того времени и смешивания с ДНК исследователей, т. е. загрязнения. По этой причине исследования проводятся только в стерильных лабораториях, специально предназначенных для древней ДНК.

Также были проведены исследования, чтобы окончательно доказать, что между неандертальцами и современными людьми был генетический обмен посредством анализа древней ДНК. Кроме того, были генетически картированы сообщества, которые переняли сельское хозяйство в Европе, и волны миграции из Центральной Азии.

МОЖНО ЛИ ВЕРНУТЬ ВЫМЕРШИЕ ВИДЫ?

Благодаря проведенным исследованиям, методам возвратного скрещивания, при котором селективное спаривание осуществляется между близкими родственниками вымершего вида, например, мамонта, имеющего характеристики вида, близкие к современному, переносу ядра клетки на основе клонирования, при котором геномная ДНК, взятая из сохраненных клеток, переносится в яйцеклетки современных родственных видов, а также технологии CRISPR, которая является новаторским методом генной инженерии, позволяющим перестраивать гены, и методам, которые делают ДНК современных видов похожей на геномы вымерших видов, концепция «воскрешения» или возрождения вновь стала актуальной в научном мире.

Областью исследований, которая привлекла особое внимание в 1990-х годах, были исследования ДНК, полученные из ископаемых, сохранившихся в янтаре, и ископаемых останков динозавров. Предполагалось, что янтарь также сохраняет генетическую информацию, поскольку он так хорошо сохраняет содержащиеся в нем организмы, и с помощью этих исследований ДНК была получена из листа в янтаре, которому было приблизительно 20 миллионов лет, ископаемого пчелы, которому было приблизительно 40 миллионов лет, и костей динозавра, которым было 80 миллионов лет. Финальной точкой этих исследований стало заявление в 2024 году биотехнологической компании в США под названием Colossal Biosciences о том, что они воссоздали в своих лабораториях Великого Волка - ужасного волка, - который вымер 12 тысяч лет назад. Однако это заявление вызвало волнение в научных кругах, а также различные обсуждения.

Лютый волк (Aenocyon dirus) — крупный, приспособленный к холоду, вымерший волк, который жил в Северной Америке в период плейстоцена, который начался 2,6 миллиона лет назад. Colossal Biosciences проанализировали фрагментированные образцы ДНК из замороженных останков лютого волка. Однако полученная ими ДНК была повреждена и неполна, что означало, что она не подходила для клонирования или прямого создания живых существ. Для этого исследователи взяли текущую ДНК серого волка и внесли 20 генетических изменений в общей сложности в 14 регионах ДНК, переставив гены, которые кодируют физические характеристики, такие как структура меха и развитие мышц, как у лютого волка. Фактически, полученные животные были серыми волками, только внешне напоминавшими лютого волка. Другими словами, особь еще не была создана с использованием древней ДНК в полном объеме.

Для того, чтобы «воскресить» вымерший вид с научной точки зрения; требуется полная и функциональная древняя ДНК, подходящая суррогатная материнская клетка от наиболее близкого к этому виду вида и среда матки. Кроме того, полученная особь должна нести все генетические характеристики своей линии.

Тем не менее, в рамках этого проекта мы с волнением стали свидетелями прогресса и высокого потенциала генетической науки, где новейшие достижения генной инженерии могут быть достигнуты путем использования древних фрагментов ДНК, полученных от вымерших видов, и переноса некоторых характеристик этого вида, таких как их внешний вид, на новое живое существо.

ОКОНЧАТЕЛЬНО…

Сегодня исследования древней ДНК стали междисциплинарным научным инструментом, который направляет не только историю человечества, но и такие области, как медицина, сельское хозяйство, климатология и микробиология.

Благодаря геномным данным, которые в настоящее время получены от людей, датируемых тысячелетиями, отслеживание генетических следов древних патогенов, таких как чума и туберкулез, может стать для нас важным инструментом в подготовке к возможным новым пандемиям. Опять же, моделирование последствий экологических и климатических изменений, произошедших тысячи лет назад, для живых существ с помощью древних геномных данных может способствовать сохранению биоразнообразия, и, наконец, установление генетических связей между обществами с историей рабства и нынешними людьми, как ожидается, будет очень важным с точки зрения укрепления принадлежности и социальной памяти в историческом контексте.

Древняя ДНК продолжит оставаться одним из важнейших биологических свидетельств, которые будут формировать не только тайны прошлого, но и научное будущее всей человеческой истории. Оставайтесь с наукой!