Dědictví pravěkého sexu (1): Kolik nám toho předali neandertálci ze své DNA?

Hon na pravěkou DNA nezpopularizovali vědci, nýbrž americký spisovatel Michael Crichton, když v roce 1990 vydal román Jurský park. Ještě než se kniha dostala ke čtenářům, koupil práva na zfilmování příběhu o oživlých dinosaurech Steven Spielberg a natočil kultovní kasovní trhák.

Hlavní zápletku, tedy izolaci dinosauří DNA ze zbytků krve v útrobách komára dochovaného v jantaru, si Crichton tak úplně nevymyslel. Inspiroval se pokusy badatelů, kteří se už v 80. letech snažili získat dědičnou informaci vyhynulých organismů, přičemž mnozí upřeli pozornost právě k DNA pravěkých tvorů.

Jako z Jurského parku

Poprvé získali zlomky „dávné“ DNA američtí genetici pod vedením Allana Wilsona, kteří ji izolovali ze 150 let staré kůže muzejního exponátu vyhubené zebry kvagy. Následovaly pokusy s izolací DNA z ostatků organismů dochovaných v jantaru. Vědci předpokládali, že zkamenělá pravěká pryskyřice dědičnou informaci chrání před rozkladem a že její studium nabídne dosud netušené pohledy na evoluci pozemského života. První vlaštovky na sebe nenechaly dlouho čekat: Hned několik laboratoří hlásilo, že z fosilií v jantaru získaly fragmenty DNA pravěkého hmyzu. A když se podařilo izolovat její zlomky z dinosauřích kostí, zdálo se, že Crichtonův Jurský park ožívá.

Jenže jásot byl předčasný. Tehdejší metody molekulární genetiky nedokázaly odlišit DNA dávného vzorku od náhodného znečištění a jako „pravěkou“ detekovaly dědičnou informaci ze současnosti: Někdy pocházela od mikrobů, jindy od lidí, kteří přišli s materiálem do styku. Další experimenty odhalily, že se DNA ve fosiliích rychle rozkládá a ani za optimálních podmínek nevydrží déle než milion let. Dědičná informace ze zkamenělin dinosaurů, kteří žili před více než 65 miliony roky, je tedy pro vědu nenávratně ztracená.

Od snu k DNA mumií

Rozčarování z předčasného nadšení nad dávnou DNA netrvalo dlouho. Vědci se soustředili na pátrání po dědičné informaci pravěkých lidí, protože ta má reálnou šanci na přežití. K průkopníkům na daném poli, označovaném někdy jako paleogenetika, patří švédský genetik Svante Pääbo působící v lipském Max-Planck-Institutu. Syn estonské emigrantky a švédského laureáta Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu se odmalička zajímal o historii a toužil po dráze egyptologa. Nakonec však následoval svého otce, vystudoval medicínu a věnoval se molekulární biologii.

Dětský sen o výzkumu egyptských mumií však Pääba neopustil a mladý genetik vynaložil na jeho splnění obrovské úsilí. V rámci doktorátu sice studoval genetiku virů, ale po nocích pracoval na analýze DNA z balzamovaných ostatků starých víc než dvě tisíciletí. Vzorky tkáně z mumifikovaného dítěte mu opatřil jistý penzionovaný egyptolog ze sbírek muzea nacházejícího se za tehdejší železnou oponou ve východním Berlíně.

Mamutí genom

Výsledky Pääbových „nočních směn“ zveřejnil prestižní týdeník Nature a mladý vědec se stal přes noc světovou celebritou. Nic se na tom nezměnilo, ani když později sám závěry své studie zpochybnil a připustil, že izolovaná dědičná informace nemusí patřit staroegyptskému dítěti: Je docela pravděpodobné, že náleží někomu, kdo s mumií manipuloval relativně nedávno. Možná je to Pääbova vlastní DNA z buňky kůže, jež se nalepila na vzorek zkoumané tkáně.

Aby se Svante vyhnul dalším podobným omylům, rozhodl se přesedlat na výzkum dědičné informace pravěkých zvířat. Izoloval její úlomky z fosilie obřího lenochoda žijícího v Americe před 12 tisíci lety, zkoumal DNA z ostatků mamutů dochovaných ve věčně zmrzlé půdě i vyhubených tvorů, například novozélandských ptáků moa či vakovlků tasmánských. Snu o výzkumu staré lidské dědičné informace se však odmítal vzdát.

Špatné odhady genetiků

Šestadvacátého června 2000 bylo oznámeno hrubé přečtení lidského genomu. „Den G“, jak se tomuto milníku v historii genetiky někdy přezdívá, měl poněkud trpkou příchuť. Vědci si od přečtení našeho genomu slibovali, že z něj pochopí, čím se Homo sapiens vydělil z živočišné říše, čemu vděčí za svou výjimečnou inteligenci, kulturu a civilizaci. Ukázalo se však, že ani molekulární genetici neměli o genomu člověka reálnou představu. 

Při uzavírání sázek na celkový počet genů, jež obsahuje, běžně tipovali zhruba 80 tisíc a výjimkou nebylo ani 120 tisíc genů. Z prvního kompletně přečteného genomu jich ovšem na badatele „vykouklo“ necelých 23 tisíc. Nápadně přitom připomínaly geny myší a od těch šimpanzích se lišily ještě méně. Co tedy dělá člověka člověkem? Zcela jistě to má vepsáno v dědičné informaci. Jenže kde?

Odpověď se rozhodla hledat i americká firma 454 Life Sciences, neboť v té době disponovala nejpokročilejší technologií na „čtení“ DNA. Její experti byli přesvědčeni, že mají v rukou natolik výkonné a spolehlivé „čtečky“ dědičné informace – DNA sekvenátory, aby jejich pomocí dokázali rozlousknout i podstatně tvrdší oříšek, než jaký představuje čtení dokonale zachovaných molekul dědičné informace izolovaných z buněk člověka.

Skládka starých genů

„Pokud bychom našli schopného genetika, vybavili bychom mu laboratoře tak, aby se mohl pokusit o přečtení kompletní DNA neandertálců,“ spřádali plány šéfové 454 Life Sciences. V roce 2006 přešla firma od slov k činům a iniciovala projekt The Neanderthal Genome Project. A do čela postavila nejpovolanějšího z povolaných – Svanteho Pääba. Ten viděl v genetických odlišnostech druhu Homo sapiens a neandertálců klíč k pochopení výjimečného postavení lidstva v živočišné říši.

Obtížnost úkolu se ukázala v plné síle, když se Pääbo a jeho tým pokusili izolovat DNA z kousku pažní kosti prvního vědecky popsaného neandertálce, nalezeného v létě roku 1856 v německém Neanderově údolí. Z dvojité šroubovice DNA zůstal v kostech jen genetický šrot – zlomky, z nichž se kompletní genom poskládat nedal.

Mezidruhová bokovka

Naštěstí dostal Pääbo druhou šanci v podobě kousků kostí neandertálců objevených v chorvatské jeskyni Vindija, z nichž se přece jen podařilo izolovat DNA v lepším stavu. Ani pak ovšem problémy nekončily, protože zhruba 80 % této dědičné informace nepatřilo neandertálcům, nýbrž bakteriím namnoženým v rozkládající se neandertálské mrtvole. Vědci museli záplavu dat ze sekvenátorů od bakteriálního balastu očistit. Když jim zbývala jen DNA pocházející od člověka, vyvstala před nimi další komplikace: Některé úseky se až příliš podobaly částem dědičné informace současných lidí.

Dokončení: Dědictví pravěkého sexu (2): Kolik nám toho předali neandertálci ze své DNA? (vychází ve čtvrtek 24. října) 

Že by se do vzorků přimíchala dědičná informace z buněk archeologů či genetiků? Při srovnávání s DNA dnešního člověka si však vědci všimli jisté zvláštnosti – genetická informace získaná z neandertálských kostí se částečně shodovala se současnými Evropany a Asijci, nicméně tyto shodné úseky zcela chyběly v DNA dnešních obyvatel subsaharské Afriky. Pääbo a jeho spolupracovníci provedli bezpočet ověřovacích experimentů a nakonec měli pro záhadu šokující vysvětlení: Usvědčili pravěké lidi Homo sapiens z křížení s neandertálci!