ADN străvechi. Cranii de hominizi vechi de 400 de mii de ani, descoperite în situl arheologic Sima de los Huesos, Atapuerca, Spania. Dintr-un femur de aceeaşi vechime extras din acest site cercetătorii au reuşit să extragă şi să secvenţieze un genom mitocondrial complet.

Doi cercetători stau lângă masa de lucru, îmbrăcaţi din cap până-n picioare în costume speciale. Unul dintre aceştia, Hongjie Li, pune cu ajutorul unei pipete mici cantităţi de soluţie ce conţine ADN cu vechime de zeci de ani în tuburi centrifugale, în timp ce Lu Yao, doctorand, introduce datele în laptop. Uşi ce nu permit intrarea aerului exterior şi un sistem de ventilaţie adecvat minimizează riscul contaminării ADN-ului cu impurităţi din exterior.



:: Metode revoluţionare de extragere, purificare şi secvenţiere ale ADN-ului străvechi au deschis ferestre către istoria vieţii pe Pământ


Acesta este un laborator specializat în analiza ADN-ului străvechi din cadrul Universităţii Illinois, SUA, situat în subsolul Institutului de biologie genomică "Carl R. Woese". Yao a petrecut câteva ore în acest spaţiu. Lucrând sub îndrumarea specialistului în antropologie moleculară Ripan Malhi, aceasta speră să răspundă la unele întrebări privitoare la filogenia, biogeografia şi nanismul în rândul macacilor cu coadă lungă (Macaca fascicularis) care trăiesc în sud-estul Asiei - prin secvenţierea ADN-ului mitocondrial vechi de zeci ori chiar sute de ani, colectat din craniile maimuţelor din colecţiile muzeelor.

Secvenţierea ADN-ului reprezintă procesul de identificare a ordinii exacte a nucleotidelor moleculei ADN



Mulţumită progreselor conceptuale, de calcul şi metodologice recente în studiul ADN-ului străvechi, Lu Yao - care studiază ADN vechi al nativilor din California - şi alţi cercetători reuşesc secvenţierea cu o rapiditate fără precedent.

În doar câteva zeci de ani studiul ADN-ului străvechi a ajuns dintr-o curiozitate ştiinţifică o metodă foarte puternică în reconstruirea fenomenelor biologice trecute. Malhi îşi aminteşte că pe timpul studiilor sale doctorale, terminate în anul 2001, a dedicat un întreg capitol şi un an de muncă în laborator pentru analiza genetică a 40 de mostre străvechi ale unor nativi americani, concentrându-se pe un fragment de ADN mitocondrial de 300 de baze. "Acum asta e o activitate pe care unul dintre studenţii mei o termină într-o lună. E uimitor".

Noile tehnici, pe lângă scurtarea perioadei de extragere şi secvenţiere a ADN-ului, permit analiza fragmentelor de ADN foarte vechi, furnizând astfel schiţe genetice ale unor epoci de evoluţie şi migrare de mult uitate.

În 2014 cercetătorii au reuşit secvenţierea genomului mitocondrial al unui hominid care a trăit acum mai bine de 400.000 de ani şi a exomului (parte a genomului care conţine genele responsabile cu păstrarea informaţiei referitoare la producerea de proteine, n.r.) din oasele a doi oameni de neanderthal care au trăit acum mai mult de 40.000 de ani. De asemenea, s-a reuşit secvenţierea unui genom nuclear aproape intact vechi de 45.00 de ani, aparţinând unui om modern.

În anul 2013 o echipă de cercetători internaţională condusă de oameni de ştiinţă aparţinând Universităţii din Copenhaga au publicat rezultatul secvenţierii genomului complet al unui cal aparţinând unei specii străvechi, vechi de 700.000 de ani (cel mai vechi genom complet secvenţiat până astăzi).

Pentru cercetătorii specializaţi în secvenţierea ADN-ului străvechi aceste vremuri sunt unele incitante. "Ultimii doi-trei ani au fost uimitori", afirmă Mattias Jakobsson, un genetician de la Universitatea Uppsala, Suedia, care studiază ADN-ul străvechi ca un mijloc pentru a înţelege historia evoluţiei omului. Acesta este convins că anii următori vor aduce secvenţieri pentru specimene mai multe şi mai vechi. Vor fi mai multe studii bazate pe mult mai multe mostre, ceea ce înseamnă creşterea cantităţii de date disponibile.



Maşina (genetică) a timpului



Rădăcinile aceste evoluţii


Bazele acestei evoluţii cu privire la analiza ADN-ului s-au pus în anul 1984, înainte ca reacţia în lanţ a polimerazei - PCR (eng. polymerase chain reaction) să devină tehnica ubicuă de astăzi. Atunci cercetători ai Universităţii California, Berkeley, SUA, au reuşit să cloneze şi să secvenţieze două fragmente de ADN mitocondrial de la două specimene de quagga (o rudă dispărută a zebrei) vechi de 140 de ani, demonstrând că materialul genetic poate supravieţui şi poate fi recuperat din rămăşiţele animalelor moarte cu mult timp în  urmă.

Studiul privind quagga şi studii similare realizate în Germania şi China au generat interes în rândul geneticienilor, declanşând o cursă pentru obţinerea de ADN secvenţiabil de la mostre cât mai vechi.

În 1985, Svante Pääbo, pe atunci un doctorand la Universitatea Uppsala, a publicat în revista Nature faptul că a reuşit să cloneze ADN nuclear al unui copil de pe teritoriul Egiptului care a murit acum 2.400 de ani. Dar câţiva ani mai târziu, odată cu apariţia PCR, Svante Pääbo a aflat că parte din ADN-ul pe care l-a recuperat aparţine omului modern (al arheologilor şi al personalului muzeului care a gestionat rămăşiţele copilului).

Curând după şi alte pretenţii de recuperare a ADN-ului străvechi s-au dovedit în parte neadevărate, din cauza contaminării mostrelor folosite ori a metodologiei greşite. Recuperarea ADN-ului cloroplastic din frunze ale magnoliei vechi de 20 de milioane de ani, de exemplu, nu s-a putut replica. Cei care au încercat au obţinut doar secvenţierea materialului genetic al bacteriilor care au contaminat frunzele. Bucăţile de ADN mitocondrial obţinute din  oasele unui dinozaur vechi de 80 de milioane de ani aparţineau, în fapt, unui om modern.

"La mijlocul anilor '90 s-a constatat că multe nu erau în regulă", afirmă Ludovic Orlando, un cercetător de la Universitatea din Copenhaga.

Dar greşelile pionierilor în domeniul secvenţierii ADN-ului străvechi nu au fost lipsite de valoare. Problema contaminării a dus la adoptarea unui protocoale speciale pentru dezgroparea, catalogarea, mânuirea şi studierea mostrelor străvechi. Iar realizarea dificultăţii lucrului cu bucăţi de ADN degradate a dus la crearea unor strategii eficiente pentru recuperarea fragmentelor scurte a materialului genetic şi pentru diferenţierea ADN-ului străvechi de cel modern. Iar o adevărată revoluţie s-a întregit prin dezvoltarea unor noi tehnologii pentru săparea, extragerea, izolarea şi secvenţierea materialului genetic de la specimene fosilizate.

Partea a II-a: Instrumente moderne de secvenţiere a ADN-ului

 

Traducere după What's old is new again