Νόμπελ Ιατρικής και Φυσιολογίας: Στον Σβάντε Πάαμπο το φετινό βραβείο

Για τις ανακαλύψεις του σχετικά με το «γονιδίωμα των εξαφανισμένων Ανθρωπίνων και την ανθρώπινη εξέλιξη»
|
picture alliance via Getty Images

Στον Σουηδό γενετιστή, Σβάντε Πάαμπο, που ειδικεύεται στον τομέα της εξελικτικής γενετικής απονεμήθηκε το φετινό βραβείο Νόμπελ Ιατρικής ή Φυσιολογίας.

Μέσω της πρωτοποριακής του έρευνας, ο Πάαμπο πέτυχε κάτι φαινομενικά αδύνατο: τον προσδιορισμό της αλληλουχίας του γονιδιώματος του Νεάντερταλ, ενός εξαφανισμένου συγγενή των σημερινών ανθρώπων. Εκανε επίσης τη συγκλονιστική ανακάλυψη ενός άγνωστου προηγουμένως ανθρωποειδούς, της Denisova. Είναι σημαντικό ότι διαπίστωσε επίσης ότι η μεταφορά γονιδίων είχε συμβεί από αυτούς τους πλέον εξαφανισμένους ανθρωπίνους στον Homo sapiens μετά τη μετανάστευσή του έξω από την Αφρική πριν από περίπου 70.000 χρόνια.

Αυτή η αρχαία ροή γονιδίων στους σημερινούς ανθρώπους έχει φυσιολογική σημασία σήμερα, για παράδειγμα επηρεάζοντας τον τρόπο με τον οποίο το ανοσοποιητικό μας σύστημα αντιδρά στις λοιμώξεις.

Η θεμελιώδης έρευνα του Πάαμπο οδήγησε σε έναν εντελώς νέο επιστημονικό κλάδο, την «παλαιογονιδιωματική». Αποκαλύπτοντας γενετικές διαφορές που διακρίνουν όλους τους ζωντανούς ανθρώπους από τα εξαφανισμένα ανθρωποειδή, οι ανακαλύψεις του παρέχουν τη βάση για να εξερευνήσουμε τι μας κάνει μοναδικά ανθρώπους.

Από που ερχόμαστε

Το ζήτημα της καταγωγής μας και του τι μας κάνει μοναδικούς απασχολεί την ανθρωπότητα από τα αρχαία χρόνια. Η παλαιοντολογία και η αρχαιολογία είναι σημαντικές για τις μελέτες της ανθρώπινης εξέλιξης. Η έρευνα παρείχε στοιχεία ότι ο ανατομικά σύγχρονος άνθρωπος, ο Homo sapiens, εμφανίστηκε για πρώτη φορά στην Αφρική πριν από περίπου 300.000 χρόνια, ενώ οι πιο γνωστοί συγγενείς μας, οι Νεάντερταλ, αναπτύχθηκαν εκτός Αφρικής και κατοικούσαν την Ευρώπη και τη Δυτική Ασία από περίπου 400.000 χρόνια έως 30.000 χρόνια πριν, οπότε και εξαφανίστηκαν.

Πριν από περίπου 70.000 χρόνια, ομάδες Homo sapiens μετανάστευσαν από την Αφρική στη Μέση Ανατολή και, από εκεί εξαπλώθηκαν στον υπόλοιπο κόσμο. Homo sapiens και Νεάντερταλ συνυπήρξαν έτσι σε μεγάλα τμήματα της Ευρασίας για δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Τι γνωρίζουμε όμως για τη σχέση μας με τους εξαφανισμένους Νεάντερταλ; Οι ενδείξεις μπορεί να προέρχονται από γονιδιωματικές πληροφορίες. Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1990, είχε προσδιοριστεί η αλληλουχία σχεδόν ολόκληρου του ανθρώπινου γονιδιώματος. Αυτό ήταν ένα σημαντικό επίτευγμα, το οποίο επέτρεψε μεταγενέστερες μελέτες της γενετικής σχέσης μεταξύ διαφορετικών ανθρώπινων πληθυσμών. Ωστόσο, οι μελέτες της σχέσης μεταξύ των σημερινών ανθρώπων και των εξαφανισμένων Νεάντερταλ θα απαιτούσαν την αλληλουχία του γονιδιωματικού DNA που ανακτήθηκε από αρχαϊκά δείγματα.

Ενα φαινομενικά αδύνατο έργο

Στις αρχές της καριέρας του, ο Σβάντε Πάαμπο γοητεύτηκε από τη δυνατότητα χρήσης σύγχρονων γενετικών μεθόδων για τη μελέτη του DNA των Νεάντερταλ. Ωστόσο, σύντομα συνειδητοποίησε τις ακραίες προκλήσεις, επειδή με τον καιρό το DNA τροποποιείται χημικά και αποδομείται σε μικρά θραύσματα. Μετά από χιλιάδες χρόνια, απομένουν μόνο ίχνη DNA και ό,τι απομένει είναι μαζικά μολυσμένο με DNA από βακτήρια και σύγχρονους ανθρώπους. Ο Πάαμπο άρχισε να αναπτύσσει μεθόδους μελέτης του DNA από τους Νεάντερταλ, μια προσπάθεια που κράτησε αρκετές δεκαετίες.

via Associated Press

Το 1990, προσλήφθηκε στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου, όπου, ως νεοδιορισμένος καθηγητής, συνέχισε την εργασία του για το αρχαϊκό DNA. Αποφάσισε να αναλύσει το DNA από τα μιτοχόνδρια του Νεάντερταλ - οργανίδια σε κύτταρα που περιέχουν το δικό τους DNA. Το μιτοχονδριακό γονιδίωμα είναι μικρό και περιέχει μόνο ένα κλάσμα της γενετικής πληροφορίας στο κύτταρο, αλλά υπάρχει σε χιλιάδες αντίγραφα, αυξάνοντας τις πιθανότητες επιτυχίας. Με τις εκλεπτυσμένες μεθόδους του, κατάφερε να βρει την αλληλουχία με μια περιοχή μιτοχονδριακού DNA από ένα κομμάτι οστού 40.000 ετών. Έτσι, για πρώτη φορά, αποκτήσαμε πρόσβαση σε μια ακολουθία από έναν εξαφανισμένο συγγενή. Οι συγκρίσεις με τους σύγχρονους ανθρώπους και τους χιμπατζήδες έδειξαν ότι οι Νεάντερταλ ήταν γενετικά διακριτοί.

Στην συνέχεια ανέλαβε την τεράστια πρόκληση της αλληλουχίας του πυρηνικού γονιδιώματος του Νεάντερταλ. Ο Πάαμπο και η ομάδα του βελτίωσαν σταθερά τις μεθόδους απομόνωσης και ανάλυσης DNA από αρχαϊκά υπολείμματα οστών. Η ερευνητική ομάδα εκμεταλλεύτηκε νέες τεχνικές εξελίξεις, οι οποίες κατέστησαν την αλληλουχία του DNA εξαιρετικά αποτελεσματική. Ετσι πέτυχε το φαινομενικά αδύνατο και δημοσίευσε την πρώτη αλληλουχία γονιδιώματος του Νεάντερταλ το 2010. Συγκριτικές αναλύσεις έδειξαν ότι ο πιο πρόσφατος κοινός πρόγονος των Νεάντερταλ και του Homo sapiens έζησε περίπου 800.000 χρόνια πριν.

Οι συγκριτικές αναλύσεις από διάφορα μέρη του κόσμου έδειξαν ότι οι αλληλουχίες DNA από τους Νεάντερταλ ήταν πιο παρόμοιες με τις αλληλουχίες από σύγχρονους ανθρώπους που προέρχονται από την Ευρώπη ή την Ασία παρά με τους σύγχρονους ανθρώπους που προέρχονται από την Αφρική. Αυτό σημαίνει ότι οι Νεάντερταλ και ο Homo sapiens διασταυρώθηκαν κατά τη διάρκεια των χιλιετιών συνύπαρξής τους. Στους σύγχρονους ανθρώπους με ευρωπαϊκή ή ασιατική καταγωγή, περίπου το 1-4% του γονιδιώματος προέρχεται από τους Νεάντερταλ.

Μια συγκλονιστική ανακάλυψη: Denisova

Το 2008, ένα θραύσμα 40.000 ετών από ένα οστό δακτύλου ανακαλύφθηκε στη σπηλιά Denisova στο νότιο τμήμα της Σιβηρίας. Το οστό περιείχε εξαιρετικά καλά διατηρημένο DNA, το οποίο η ομάδα του ανέλυσε για την αλληλουχία. Τα αποτελέσματα προκάλεσαν αίσθηση: η αλληλουχία του DNA ήταν μοναδική σε σύγκριση με όλες τις γνωστές αλληλουχίες από τους Νεάντερταλ και τους σημερινούς ανθρώπους. Ο Πάαμπο είχε ανακαλύψει μια προηγουμένως άγνωστη ανθρωπίνη, στην οποία δόθηκε το όνομα Denisova. Οι συγκρίσεις με αλληλουχίες από σύγχρονους ανθρώπους από διάφορα μέρη του κόσμου έδειξαν ότι η ροή γονιδίων είχε επίσης συμβεί μεταξύ Denisova και Homo sapiens. Αυτή η σχέση εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε πληθυσμούς στη Μελανησία και σε άλλα μέρη της Νοτιοανατολικής Ασίας, όπου τα άτομα φέρουν έως και 6% DNA Denisova.

Οι ανακαλύψεις αυτές έχουν δημιουργήσει νέα κατανόηση της εξελικτικής ιστορίας μας. Την εποχή που ο Homo sapiens μετανάστευσε από την Αφρική, τουλάχιστον δύο εξαφανισμένοι πληθυσμοί ανθρωπίνων κατοικούσαν στην Ευρασία. Οι Νεάντερταλ ζούσαν στη δυτική Ευρασία, ενώ οι Ντενισόβιοι κατοικούσαν στα ανατολικά μέρη της ηπείρου. Κατά τη διάρκεια της επέκτασης των Homo sapiens εκτός Αφρικής και της μετανάστευσής τους προς τα ανατολικά, όχι μόνο συνάντησαν και διασταυρώθηκαν με Νεάντερταλ, αλλά και με Ντενισόβιους.

Παλαιογονιδιωματική

Μέσω της πρωτοποριακής του έρευνας, ο Πάαμπο καθιέρωσε έναν εντελώς νέο επιστημονικό κλάδο, την παλαιογονιδιωματική. Μετά τις αρχικές ανακαλύψεις, η ομάδα του έχει ολοκληρώσει αναλύσεις αρκετών πρόσθετων αλληλουχιών γονιδιώματος από εξαφανισμένους ανθρωπίνους. Οι ανακαλύψεις του έχουν δημιουργήσει μια μοναδική πηγή, η οποία χρησιμοποιείται εκτενώς από την επιστημονική κοινότητα για την καλύτερη κατανόηση της ανθρώπινης εξέλιξης και της μετανάστευσης. Νέες ισχυρές μέθοδοι ανάλυσης αλληλουχίας δείχνουν ότι οι αρχαϊκοί ανθρωπίνοι μπορεί επίσης να έχουν αναμιχθεί με τον Homo sapiens στην Αφρική. Ωστόσο, κανένα γονιδίωμα από εξαφανισμένους ανθρωπίνους στην Αφρική δεν έχει ακόμη προσδιοριστεί ως προς την αλληλουχία λόγω της επιταχυνόμενης αποδόμησης του αρχαϊκού DNA σε τροπικά κλίματα.

Χάρη στις ανακαλύψεις αυτές, καταλαβαίνουμε τώρα ότι οι αρχαϊκές αλληλουχίες γονιδίων από τους εξαφανισμένους συγγενείς μας επηρεάζουν τη φυσιολογία των σημερινών ανθρώπων.

Τι μας κάνει μοναδικά πλάσματα

Ο Homo sapiens χαρακτηρίζεται από τη μοναδική του ικανότητα να δημιουργεί περίπλοκους πολιτισμούς, προηγμένες καινοτομίες και παραστατική τέχνη, καθώς και από την ικανότητα να διασχίζει ανοιχτά νερά και να εξαπλώνεται σε όλα τα μέρη του πλανήτη μας. Οι Νεάντερταλ ζούσαν επίσης σε ομάδες και είχαν μεγάλο εγκέφαλο. Χρησιμοποίησαν εργαλεία, αλλά αυτά αναπτύχθηκαν πολύ λίγο κατά τη διάρκεια εκατοντάδων χιλιάδων ετών. Οι γενετικές διαφορές μεταξύ του Homo sapiens και των στενότερων εξαφανισμένων συγγενών μας ήταν άγνωστες έως ότου εντοπίστηκαν μέσω του θεμελιώδους έργου του Πάαμπο. Η έντονη συνεχιζόμενη έρευνα επικεντρώνεται στην ανάλυση των λειτουργικών επιπτώσεων αυτών των διαφορών με απώτερο στόχο να εξηγήσει τι μας κάνει μοναδικά ανθρώπους.