Проф. Александрова: Няма как да разберем случващото се с нас и около нас, ако не проследим пътя на еволюцията

Наскоро шведският учен Сванте Пебо беше удостоен с Нобелова награда за медицина за откритията му, свързани с геномите на изчезнали хоминини и човешката еволюция. Какъв е приносът на проф. Пебо и защо проучването на човешкия геном има все по-голямо значение за съвременната наука обсъждаме с проф. Радостина Александрова, която е доктор по вирусология и професор по морфология в Института по експериментална морфология, патология и антропология с музей към БАН.

Проф. Александрова, шведът Сванте Пебо спечели Нобеловата награда за медицина за откритията му, свързани с геномите на изчезнали хоминини и човешката еволюция. Бихте ли коментирали постиженията му в областта на изследванията на човешката еволюция?

Сванте Пебо е изключително интересна фигура, истински Индиана Джоунс. Неговият баща Суне Бергстрьом също е Нобелов лауреат – през 1982 г. е отличен за постиженията му в областта на простагландините. Сванте от дете се интересува от историята на Древния Египет. Завършва медицина в Упсала и докато изучава взаимодействията между аденовирусите и имунния отговор на гостоприемника, тайно работи и върху друг проект – изолиране на ДНК от мумии. Още от самото начало се сблъсква с предизвикателствата, съпътстващи работата с древна (археологическа) ДНК и заедно със своите колеги търси и намира решения. Например, ДНК в древните екземпляри е в много малко количество, с течение на времето условията на средата (по-висока температура, киселинност и др.) са нанесли редица увреждания в нея, замърсена е с ДНК от микроорганизми и съвременни хора.

В отговор Сванте Пебо проектира т.нар. „чиста стая“, в която да се осъществяват дейности с древна ДНК, осъзнава колко важно е проучванията да бъдат провеждани и в друга лаборатория за потвърждаване на резултатите, използва 2-3 различни метода за определяне на степента на замърсяването и годността на пробата. Въвеждането на полимеразната верижна реакция в средата на 90-те години спомага за увеличаването на наличната ДНК, а усъвършенстването на методите за геномно секвениране и биоинформатичен анализ правят възможно разчитането на големи фрагменти ДНК. Първоначално учените се насочват към митохондриалната ДНК (мтДНК), тъй като във всяка клетка се съдържат стотици и хиляди нейни копия. През 2008 г. е възстановена пълната мДНК на неандреталеца (16565 нуклеотида). Две години по-късно е постигната голямата цел – докладван е ядреният геном на неандреталеца (3 милиарда нуклеотида).

За постигането й роля имат голям брой специалисти – консорциум от около 50 учени, Пебо създава и Института по еволюционна антропология в Лайпциг. Тествани са десетки неандреталски проби от кости и зъби от пещери в различни места по света, от които са подбрани тези с най-добре съхранена ДНК. „Възрастта“ им в повечето случаи е около 40 000 години. Изследвани са и по-стари образци – на 90 000, дори на 430 000 години.

Но, това не е всичко. Кост от пръст на древен човек, намерена в Денисовската пещера в планината Алтай в Русия, води до идентифицирането на нов вид хоминин, различен от неандреталеца – това е т.нар. Денисов човек.

Нобеловият лауреат за 2022 г. открива, че гени от вече изчезнали хомини са преминали в хомо сапиенс. Каква част от нашето ДНК е сходна до това на нашите древни предци?

Съвременните неафрикански геноми съдържат 1-4% неандреталска ДНК. Местата на включване на тези древни сегменти ДНК варират между отделните хора, както и между отделните части на генома. Има области в генома – т.нар. „древни пустини“, в които не се открива такава прародителска ДНК. В допълнение към неандреталското наследство меланезийците са получили и 4-6% от своя генетичен материал от денисовците.

Благодарение на проучванията на Сванте Пебо знаем, че когато Homo sapiens идва от Африка в Евразия, тук от стотици хиляди ходини вече живеят поне две отделни групи хомини – неандреталците и денисовците. Те се засичат и живеят заедно със съвременния човек в продължение на десетки хиляди години. Тъй като вече са добре приспособени към условията в Евразия, при кръстосването със съвременния човек му предават гени, улесняващи адаптацията му към новите условия. Пример за това е генът EPAS1, който дава предимство за оцеляване при по-ниско съдържание на кислород на висока надморска височина – съвременните жители на Тибет са го получили от денисовия човек. От нашите древни роднини сме наследили и гени, кодиращи важни участници в микробното разпознаване и алергичните реакции (т.нар. Toll-подобни рецептори, TLR6-TLR1-TLR10). Високата им честота в генома на хората, населяващи в момента планетата подсказва, че те обуславят благоприятни биологични ефекти. Открити са и уникални характеристики – около 31 000 нуклеотида, по които съвременните хора от всички части на света се отличават от неадреталците и денисовците.

Защо е важно днес да се изучва древната ДНК? Какъв е приносът на подобни изследвания за съвременната наука и медицина?

Няма как да разберем случващото се с нас и около нас, ако не проследим пътя на еволюцията и сравнителния анализ. Това е начинът да научим кои сме и откъде идваме. Все още липсват доста парченца от пъзела. Един от важните въпроси е защо неандреталците и денисовите хора са изчезнали (това става преди около 40 000 години), кое е помогнало на Homo sapiens да оцелее и да продължи напред във времето. Как климатът, миграцията, инфекциозните болести, начинът на живот и хранене са се отразили на нашите гени.

Чрез гените, които сме получили от тях, неандреталците и денисовците продължават да оказват влияние върху физиологията на нашите съвременници, да присъстват в живота ни. Съобщено беше, че един от основните фактори, свързан с драматично боледуване от COVID-19, сме унаследили от неандреталците. Не е изключено в хода на еволюцията, той да е предпазвал предците ни от върлували в миналото опасни патогени. Други достигнали до нас от неандреталците гени ни защитават от тежка форма на инфекция със SARS-CoV-2. Разпознати са и древни гени, които имат отношение към чувствителността на днешните хора към зараза с Helicobacter pylori.

Изследванията на Пебо дават началото на изцяло нова научна дисциплина – палеогеномика. С какво се занимава тя?

Палеогенетиката изучава миналото чрез анализ на запазен генетичен материал от останките на древни организми. Терминът е въведен още през 1963 г. от Емил Цукеркандъл и Линус Полинг (на които дължим и идеята за т.нар. „молекулен часовник“) – много преди провеждането на такъв тип изследвания. Първата последователност от древна ДНК, изолирана от музеен екземпляр от зебрата квага, изчезнала в началото на 20ия век, е публикувана през 1984 г. от екип, ръководен от Алън Уилсън, при когото Сванте Пебо е бил постдокторант.

До момента са разчетени геномите на редица видове, сред които мамут, пещерна мечка и др. Древната ДНК се съхранява най-добре в костите на вътрешното ухо и в зъбите. Най-древната ДНК последователност докладвана до момента е от зъб на сибирски мамут, чиито останки са останали замразени повече от милион години – статията беше публикувана в сп. „Nature“ през февруари 2021 г. Подобни проучвания правят възможно изучаването на пандемии и епидемии в миналото. Установено беше, че нулевата точка на пандемията от чума – Черната смърт, която в периода 1346-1353 г. отнема живота на до 60% от населението на Евразия, е в била в селище в Киргистан. То е част от пътя на коприната, по това време през него преминава и Монголската армия, което допринася за разпространението на заразата. Геномът на вируса на едрата шарка, убил викинги преди 10 века, се оказа доста различен от този на вариолата, който изкоренихме в края на 20ия век.

В Института „Франсис Крик“ в Лондон е в ход голям проект за създаване на биобанка на древна човешка ДНК. Ще бъдат разчетени 1000 древни британски генома от последните 5000 години с помощта на 100 други институции.

Тъй като няма безкраен запас от археологически кости (при изолирането на ДНК те биват смилани при специални условия), много учени призовават за регулации за защита на колекциите от скелети и гарантиране, че бъдещите изследователи също ще имат достъп до тях.

По-рано тази година учени публикуваха за първи път пълния човешки геном. Каква информация дава пълната секвенция на човешкото ДНК?

Tази информация ни позволява да видим генома като оркестър от хромозоми и гени, а не просто като набор от гени. Информацията ще ни помогне за разгадаването на редица мистерии, сред които механизмите, обуславящи чувствителността към заболяване и отговора на лечение, факторите, които стоят зад голяма част от спонтанно загубените бременности. Отваря вратата за нови профилактични и терапевтични стратегии – генна терапия, фармакогенетика и фармакогеномика, персонализирана медицина. Ще даде отговор и на въпроси, които още не сме си задали. „Със силата на това откритие обаче, идва и отговорността за неговото разумно използване“ – думите са на британския министър председател Тони Блеър. Изречени са на 26.06.2000 г. – денят, в който по телемост между САЩ и Обединеното кралство е оповестен краят на първата фаза на проекта „Човешки геном“.

Медицина и терапевтични подходи, основани на информацията от гените, ли е бъдещето?

Това е амбициозната цел на биомедицината – персонален подход за профилактика и лечение на заболяванията, съобразени с индивидуалните особености на съответния човек. И вече се случва. Пример е успешният контрол на някои форми на ракови заболявания. Сред тях са карциномите на гърдата, в чиито клетки има повишена изява на рецептор 2 на епидермалния растежен фактор (HER 2/ neu). До неотдавна, именно благодарение на засиленото присъствие на този рецептор, те се отличаваха с висока агресивност, бърза прогресия и лоша прогноза. Но, HER 2/ neu се оказа и тяхната „ахилесова пета“ – мишена, за чието атакуване бяха създадени моноклонални антитела и киназни инхибитори и това обърна хора на играта. Списъкът не се изчерпва само с този случай. Биомедицината уверено върви в тази посока, но все още не сме там, където би ни се искало да бъдем.

Medical News

Facebook
Twitter
LinkedIn
Pinterest
Email