Что в нас есть от неандертальцев, и почему исследователи периодически публикуют удивительные результаты по секвенированию древней ДНК. В научном кафе «Эврика» Михаил Сергеевич Гельфанд рассказал о том, с какими трудностями сталкиваются ученые при работе с доисторическими находками.
Михаил Гельфанд — Доктор биологических наук, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ, заведующий лабораторией и заместитель директора по науке в Институте проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, член Европейской Академии, лауреат премии им. А.А. Баева.
Деградация — польза или вред
Исследуя древнюю ДНК, ученые встречают две проблемы: первая — последовательность портится, рвутся длинные цепочки, и остаются очень короткие фрагменты, которые постепенно становятся еще меньше. Рано или поздно они деградируют до такого состояния, что в структуру их уже собрать нельзя. Вторая сложность — происходят химические модификации этой ДНК, грубо говоря, загрязнения частицами всех людей, работавших с образцами.
Пример подобного неаккуратного исследования ДНК — работа барнаульских ученых по определению последовательности древней метасеквойи. Этот результат должен был коренным образом поменять наше представление об эволюции растений. Специалистам досталось всего несколько грамм сопревшей хвои. После сравнения цепочки ДНК, которую сумели выделить из древних останков растения, и современного материала было почти не найдено изменений. По словам Гельфанда, в данном случае, скорее всего, пыльца «сегодняшних» хвойных деревьев попала в лабораторию, потому что работы проводились в ботаническом саду, и ученые перепутали частицы. Прошло 3,5 года, и никаких новостей про этот результат нет, из чего, по-видимому, можно сделать вывод, что проект закрылся.
— Справиться с загрязнениями и порчей материала можно следующим образом: сравнивать последовательность с уже найденными и определенными. Если вы видите какой-то очень неожиданный результат, вроде того, что динозавры — это ближайшие родственники грибов, или находите метасеквойю, структура которой совершенно не меняется за миллионы лет, то значит что-то в исследовании пошло не так, — говорит Михаил Гельфанд.
С другой стороны, и деградацию, и модификацию последовательности можно использовать как экспериментальный контроль: хорошо, когда вы обнаруживаете короткие фрагменты или наблюдаете специальные виды химической деградации, это значит, что в вашем образце элементы древней ДНК все же есть.
Как правильно искать предков
Огромное количество исследований древней ДНК сделано на материале мамонтов. С этими животными повезло дважды: во-первых, их находят в вечной мерзлоте, а всем известно — биологический объект лучше сохраняется в холоде. Во-вторых, когда у вас есть целая туша, то образец можно взять изнури, и проблема загрязнения решается, если, конечно, брать элементы в стерильной камере. Но древней ДНК человека, например, неандертальцев, в вечной мерзлоте нет.
— Была следующая проблема: ученые нашли неандертальские кости, выделили ДНК, определили последовательность. Как теперь доказать, что она принадлежит неандертальцу, а не лаборанту, который чихнул во время исследований? Нужно определить геном последнего и вообще всех сотрудников, когда-то работавших в этом здании, и сравнить с имеющейся ДНК. Когда я говорю: чихнул — это не фигура речи, а количество содержащейся в слюне ДНК, сопоставимое с количеством выделенной древней, — комментирует Михаил Гельфанд.
Также, кроме лаборантов есть археологи, выкопавшие кость, следом идут музейные работники, которые перекладывали материал с полки на полку. Имеется и вероятность, что в пещере, где были найдены останки, переночевал какой-то охотник, например, 10 лет назад, оставил образцы своей ДНК и загрязнил находку.
Есть другой пример, доказывающий, что древнюю ДНК определить возможно, если принять все меры предосторожности и вести исследование аккуратно. Ученые секвенировали геном медведей из пещер, где были найдены останки неандертальцев. Материал хранился в таких же условиях, как и человеческий, но в лаборатории до этого никогда с такими животными не работали, и загрязняющего фактора не было. В итоге оказалось, что из костей такого возраста — примерно 40 тысяч лет — древнюю ДНК выделять получается. Это значит: и человеческие кости пригодны для исследования, нужно только вести его правильно.
Все мы немного древние
Митохондриальный геном неандертальцев изучали давно, с 1997 года, а статьи по ядерному геному вышли одновременно в «Nature» и «Science» в 2006-м. В одной из них показано, что смешения аллелей древних и современных людей — кроманьонцев — не было, а в другой, наоборот, рассказывалось об обнаруженном потоке вариантов генов современных мужчин у неандертальцев. Однако и там, и там авторы отмечали главное — необходимо больше последовательностей, поэтому сейчас результаты предварительные.
— Потом вышел материал, в котором по данным из второй статьи ученые высчитали, что такого быть не может. Произошла как раз та ситуация, которая описывалась раньше — лаборант чихнул. И все эти люди затаились на несколько анализировать свои ошибки. В 2010 году появился хороший геном неандертальца, был проведен контроль химических модификаций, позволивший поставить порог на уровень загрязнения. Ученые сравнивали различия современных европейцев, азиатов, африканцев с неандертальским геномом. Результат получился такой: в геноме каждого из нас есть 2% ядерной ДНК неандертальцев, а у африканцев такого нет, чистота их крови максимальна, — рассказывает Михаил Гельфанд.
Дарина Муханова
Фото Юлии Поздняковой
