A DNS mint régészeti lelet
Raskó István
az MTA doktora, igazgató
MTA Szegedi Biológiai Központ Genetikai Intézet, Szeged
rasko 
brc . hu
brc . huG. H. Wang és C. L. Lu 1981-ben beszámoltak arról, hogy sikeresen tisztítottak dezoxiribonukleinsavat egy Han-dinasztia korabeli kétezer éves múmia májából (Wang – Lu, 1981). Bár ez volt az első közlemény, amely bizonyította, hogy régészeti leletekben megőrződik az örökítőanyag szerkezete, a közlést mégsem fogadta kitörő lelkesedés a tudományos világban, miután egy kínai nyelvű folyóiratban jelent meg, amit tudvalévően nem sokan olvasnak a nyugati féltekén. Körülbelül a publikáció megjelenésének idején formálódott a Kaliforniai Egyetem Berkeley campusán az a csoport, amely Allan C. Wilson vezetésével 1984-ben a Nature hasábjain bizonyította, hogy valóban megőrződhet a DNS a múzeumi leletekben. Ők egy 140 éves, múzeumban őrzött kipusztult lófajta, a quagga bőréből rövid mitokondriális DNS-szakaszt izoláltak, és ennek segítségével elhelyezték ezt az állatfajtát a lovak és zebrák filogenetikai fáján (Higuchi et al., 1984). Nem sokkal ezután Svante Pääbo egy 2400 éves múmiából izolált ősi DNS-t (aDNS) (Pääbo, 1985).
Miért van ezeknek a tudományos eredményeknek kiemelkedő jelentőségük? Azért, mert a DNS bizonyos szerkezeti variációi alkalmazhatók genetikai rokonsági fák szerkesztésére, különböző fajok egymáshoz való rokonsági viszonyainak meghatározására, különböző embercsoportok eredetvizsgálatára, rokonsági szintjének a megállapítására. Ezek a variációk a DNS építőkövei, a nukleinsav bázisok sorrendjének a különböző változatai, amelyek különböző gének szintjén tanulmányozhatók.
Az emberi DNS különböző génlokuszait (lokusznak nevezzük azt a DNS-szakaszt, amely a klasszikus genetika szabályai szerint, mendeli öröklődésű, és egyetlen tulajdonságot határoz meg) használták ilyen célra. Ezek különböző időmélység vizsgálatát teszik lehetővé (1. táblázat).
Ma élő populációk vizsgálatánál az a szempont, hogy minél több genetikai bélyeg polimorfizmusait (polimorfizmus: egy allélből populáción belül legalább kettő van jelen) vizsgáljuk, annál pontosabb a rokonsági fok megállapítása. Ilyen alapon 620 allél (olyan variánsok, amelyek hasonlóak, de nem azonosak, és génjük ugyanazon a kromoszómán, ugyanazon a helyen található) vizsgálatával különböző kontinenseken élő néhány populáció egymástól jól elkülöníthetően jelenik meg az eltérések alapján szerkesztett gyökér nélküli rokonsági fán (Tishkoff , 2004).
A DNS-ben meglévő eltérések és azonosságok különböző mértékűek az egyedek és a populációk között. A Humán Genom Program bizonyította, hogy DNS-szekvencia szintjén minden ember 99,9 %-ban azonos. A különbségek legnagyobb része egyének között jelentkezik, sokkal kisebb rész lelhető fel a különböző kontinenseken élő őslakos populációk között. A 2. táblázat egy ilyen adatsort ismertet. Látható, hogy a vizsgált három típusú DNS-eltérés 86-90 %-a az azonos kontinensen élők között mutatható ki, s a különbségeknek csak 10-14 %-a található a különböző kontinensen élőpopulációk között.
Aki veszi a fáradságot, és összehasonlítja a régészeti leletekből izolált DNS jelenlétével kapcsolatos húsz évvel ezelőtt született közlemények üzenetét a mai publikációkkal, láthatja, hogy míg a kezdetekben abban versenyeztek a munkacsoportok, hogy kinek sikerül régebbi leletből sikeresen DNS-t izolálni, addig a mai közlemények ennek a DNS-nek populációgenetikai felhasználásával foglalkoznak.
Amikor a Jurassic Park még mindig dollármilliókat kaszált a filmvilágban, megszületett a korai verseny egyik „sikertörténete”, az a Science magazinban közölt híradás, mely szerint sikerült egy Utah államban talált 80 millió éves kréta kori dinoszauruszcsontból DNS-t izolálni (Woodward et al., 1994) (a módszerre az amerikai szabadalmi hivatal védettséget adott). A „sikerlistát” gazdagítja a miocén korabeli növényi fosszíliából és borostyánban talált növényi és rovarmaradványból izolált DNS szomorú története (Golenberg et al., 1990; Desalle et al., 1992). Ugyanis ezeket az „eredményeket” senkinek sem sikerült megismételnie, a dinoszaurusz DNS-ről pedig később kiderült, hogy sokkal inkább embertől mint dinoszaurusztól származik. Ezek a kontár kísérletek tették szükségessé azokat a ma már túlzónak tűnő kötelező kontrollokat, amelyek nélkül régészeti anyagból nyert DNS-el foglalkozó közleményt nem fogadnak el.
Miután a régészeti leletekben a különböző bomlási folyamatok eredményeként igen kevés DNS található, az ilyen kísérletek elvégzését nagyban segítette a polimeráz láncreakció alkalmazása, amely segítségével akár egyetlen DNS-szakaszból is több millió kópia állítható elő. Ennek a módszernek azonban az a veszélye, hogy bármilyen, a régészeti lelet kezelésekor rá-, illetve belekerült DNS-szakasz felsokszorozódik.
Különösen az emberi régészeti DNS-minták „modern” DNS-el való szennyeződése jelent súlyos problémát. Ezt tükrözi az a változás, amely a vizsgálatoknál alkalmazandó kontrollok számának alakulásában érzékelhető; míg 1989-ben három szempontot kellett figyelembe venni, addig 2005-ben nyolc szempontnak kellett megfelelni (Pääbo et al., 2004). Valószínűleg ezek a rigorózus kontrollok is eredményezték, hogy ma már igen kevesen foglalkoznak emberi régészeti leletek DNS vizsgálatával, sokkal kellemesebb a barlangi medve- vagy bölénycsontok vizsgálata, ahol az azonos fajból származó DNS-el történt szennyeződés lehetősége kizárható.
A szükséges oldatkontrollok mellett az aDNS jelenlétére utal az a tény, hogy az ilyen DNS általában nem ad 150 bp-nál hosszabb PCR-terméket a bekövetkezett DNS-károsodások miatt. Ezek az esetek nagy részében post mortem bekövetkezõ oxidatív károsodások, DNS-szál keresztkötések, száltörések, amelyek mértéke nem elsősorban a biológiai minta korától, hanem a lelet megtalálási helyének talajviszonyaitól függenek (3. táblázat). A gyors kiszáradás, lefagyás, magas sókoncentráció késleltethetik a károsodások kialakulását, de ilyen körülmények között is megtörténik az oxidáció, vagy a hidrolízis során bekövetkező DNS sérülés. A károsodások gyakorlatilag kizárják, hogy egymillió évnél idősebb leletből sikerüljön a DNS-kinyerés. Próbálkoztak a károsodott DNS utólagos kijavításával, ez azonban csak a DNS két szála közötti keresztkötések megszüntetésében volt eredményes.
Az aDNS molekuláris genetikai vizsgálata kiegészítheti és kiterjesztheti a régészeti eredményeket. A kiegészítés a hagyományos úton levont következtetések megerősítésében nyilvánul meg, vagy amikor a biológiai leletek nem teljesek vagy nem jól megtartottak. Erre a legjobb példa a biológiai nem meghatározása, amely antropometriai vizsgálattal meghatározható, de bajban vagyunk,ha csak egy csontdarab áll a rendelkezésünkre.
Milyen esetekben érdemes a régészetnek az ásatag DNS-t segítségül hívni? Emberi maradványok esetén ugyanazon a temetkezési helyen talált csontok vizsgálatával megadható az egyének rokonsági viszonya, két egymástól távolabbi ásatásnál talált leletekből pedig meghatározható az ott élőpopulációk rokonsági foka. Erre kizárólag a molekuláris genetikai vizsgálatok képesek! A molekuláris genetika azonban a legnagyobb segítséget az egyes népek vándorlási útvonalának azonosításában adja. Segítségével megadható egyes népek származási fája, genetikai rokonsági viszonya. Ezek a vizsgálatok tisztázták a prehistorikus Japán benépesülésének történetét, az óceániai szigetek népeinek eredetét, vagy az Újvilág humángenetikai történetét. Azokban az esetekben, amikor egy populációt viszonylag kisszámú bevándorló kulturálisan, nyelvészetileg megváltoztatott, akkor a bevándorlók azonosított csontjaiból nyert DNS-mintázatot az adott modern populációéval összehasonlítva adatokat nyerhetünk a bevándorlók genetikai jellegzetességeiről. Ezért alkalmazható a régészeti genetika a magyar etnogenezis kutatásában. Kérdés lehet, hogy hány mintát kell vizsgálni egy adott következtetés levonásához. Eddig erre vonatkozóan a nemzetközi publikációkban különböző esetszámokkal találkozhatunk. A populációgenetikai alkalmazásoknál azonban figyelembe kell venni azt a tényt, hogy az egyedi DNS- mintázatok mindig egy több ezer adatot magában foglaló adatbázissal kerülnek összehasonlításra, így akár kevés estszám is informatív lehet.
Az öröklődés folyamatában a DNS-ben mutációk keletkeznek, ezért a ma élő emberek jelentősen különböznek egymástól, ezeknek a különbözőségeknek vagy polimorfizmusoknak a mértéke genetikai történetünk, rokonsági fokunk nyilvántartásaként szolgál. A mutációk előfordulási gyakorisága és populációszintű rögzülése viszont az idő függvénye, ennek következtében ezer évnél fiatalabb csontleletek DNS-mintázata nem ad lényeges különbséget a mai mintákhoz képest, ezért evolúciós kérdések az ilyen esetben nem vizsgálhatók. Ilyenkor csak a populáció egyedeinek genetikai összetételét hasonlíthatjuk össze, mint ahogy azt a magyar minták vizsgálatánál tettük.
Összefoglalásként megállapíthatjuk, hogy mielőtt bárki is régészeti DNS-projekthez kezd, világosan meg kell határoznia, hogy a megfogalmazott tudományos kérdést mennyiben sikerül ezzel a módszerrel megválaszolni. Meg lehet próbálkozni például Árpád-házi királyok apai ági genetikai vonalának meghatározásával, amely biztosan nagy általános érdeklődésre tarthatna számot, de a genetika tudományterületén ennek a tudományos jelentősége minimális lenne. Ezért aztán mindenkinek, aki a régészeti genetikával bármilyen szinten is foglalkozik, az erős szkepticizmust ajánljuk saját munkája értékelésekor.
Kulcsszavak: archeogenetika, genetika, őstörténet, régészet
Irodalom
Cavalli-Sforza, Luigi Luca – Menozzi, P. – Piazza, A. (1994): The History and Geography of Human Genes. Princeton University Press, Princeton
Cavalli-Sforza, Luigi Luca – Feldman, Marcus W. (2003): The Application of Molecular Genetic Approaches to the Study of Human Evolution. Nature Genetics Supplement. 33, 266–75.
Desalle, Robert – Gatesy, J., Wheeler, W., Grimaldi, D. (1992): DNA Sequences from a Fossil Termite in Oligomiocene Amber and Their Phylogenetic Implications. Science. 257, 1933–1936.
Golenberg, Edward M. – Giannasi, D. E. – Clegg, M. T. – Smiley, C. J. et al. (1990): Chloroplast DNA Sequence from a Miocene Magnolia Species. Nature. 344, 656–658.
Higuchi, Russell – Bowman, B. – Freiberger, M. – Ryder, O. A. – Wilson, A. C. (1984): DNA Sequences from the Quagga, an Extinct Member of the Horse Family. Nature. 312, 282–284.
Pääbo, Svante (1985): Molecular Cloning of Ancient Egyptian Mummy DNA. Nature. 314, 644–645.
Pääbo, Svante – Poinar, H. – Serre, D. et al. (2004): Genetic Analyses from Ancient DNA. Annual Review of Genetics. 38, 645–679.
Tishkoff, Sarah A. – Kidd, Kenneth K. (2004): Implications of Biogeography of Human Populations for “Race” and Medicine. Nature Genetics Supplement. 36, S21-27.
Wang, G. H. – Lu, C. L. (1981): Isolation and Identification of Nucleic Acids of the Liver from a Corpse from the Changssha Han Tomb. Sheng wu hua hsueh yu sheng wu wu li chin chan (Progress in Biochemistry and Biophysics). 17, 70–75.
- Woodward, Scott R. – Weyand, N. J. – Bunnell, M. (1994): DNA Sequence from Cretaceous Period Bone Fragments. Science. 266, 1229–1232.
Lokusz | vizsgálható időmélység (év) |
mtDNS | 200 000 |
Y-kromoszóma | 200 000 |
Xq13.3 | 500 000 |
β-globin | 800 000 |
ACE | 1 000 000 |
PDHA1 | 1 900 000 |
1. táblázat • Néhány genetikai lokusz, melynek DNS-variációit emberekben tanulmányozták (Cavalli-Sforza, 1994 után) Rövidítések: mtDNS: mitokondriális DNS, ACE: angiotenzin konvertáló enzim, PDHA1: piruvát dehidrogenáz E1 alegység
STR polimorfizmusok | RFLP | Alu polimorfizmusok | |
Egyének között ugyanazon | 90 % | 87 % | 86 % |
a kontinensen belül | |||
Kontinensek között | 10 % | 13 % | 14 % |
2. táblázat • Genetikai variációk megoszlása Afrika, Ázsia, Európa populációiban (Cavalli-Sforza, 2004 alapján)
károsodás típusa | folyamat | DNS-en kifejtett hatás |
száltörések | mikrobák általi lebontás | DNS mennyiségének, |
elhalt sejtek nukleázai | méretének csökkenése | |
egyéb kémiai folyamat | ||
oxidatív károsodás | DNS-bázis, cukorkárosodás | fragmentáció, |
nukleotid-módosulás | ||
DNS keresztkötés | DNS-en belüli és | például Maillard-termék |
makromolekulák közötti | ||
reakciók | ||
hidrolitikus | aminocsoport-vesztés | genetikai kód megváltozása |
3. táblázat • A régészeti korú DNS károsodásai (Pääbo et al., 2004) alapján
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése