Nobelova cena za lékařství letos míří do oblasti evoluční genetiky

Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství za rok 2022 získává švédský expert na evoluční genetiku Svante Pääbo za dekódování starověké DNA. Ocenění biologovi náleží za objevy, které se týkají genomů předchůdců člověka a evoluce člověka. Pääbovi se mimo jiné podařila sekvence genomu neandertálce, který žil před až 300 000 lety.

Svým průkopnickým výzkumem dosáhl Svante Pääbo něčeho zdánlivě nemožného, a to sekvenování genomu neandertálce, vyhynulého příbuzného dnešních lidí. Učinil také senzační objev dříve neznámých denisovanů. Pääbo rovněž zjistil, že došlo k přenosu genů z těchto nyní vyhynulých homininů na Homo sapiens po migraci z Afriky asi před 70 000 lety. Tento prastarý tok genů k dnešním lidem má dnes fyziologický význam.

Pääbův klíčový výzkum dal vzniknout zcela nové vědecké disciplíně – paleogenomice. Tím, že odhalil genetické rozdíly, které odlišují všechny žijící lidi od vyhynulých homininů, jeho objevy poskytují základ pro zkoumání toho, co nás činí jedinečnými lidmi. Kromě toho, že se mu podařilo sekvenovat mitochondriální DNA neandertálců, se také intenzivně věnuje nově objeveným denisovanům. Je zastáncem teorie, že mezi neandertálci, denisovany a předky moderních lidí docházelo běžně ke vzájemnému křížení a výměně genetických informací. Díky přečtení DNA předchůdců člověka tak vidí vědci do historie mnohem lépe než dřív a dokáží přečíst genetickou informaci, zjistit, jak se předchůdci člověka lišili a jaké od té doby probíhaly změny.

Právě z objevů Svanteho Pääba pramení i poznatky, že archaické genové sekvence, které moderní lidé získali od svých vyhynulých příbuzných, ovlivňují i jejich fyziologii. Jedním z takových příkladů je denisovanská verze genu EPAS1, která poskytuje výhodu pro přežití ve vysoké nadmořské výšce a je běžná mezi současnými Tibeťany. Dalšími příklady jsou neandertálské geny, které ovlivňují naši imunitní odpověď na různé typy infekcí. Podle Pääba právě geny, které lidé získali po neandertálcích, mohou být rizikovým faktorem při onemocnění covid‑19. Podle studie zveřejněné v časopise Nature je riziko, že budou muset pacienta s covidem‑19 připojit na plicní ventilaci, až třikrát vyšší, má‑li ve své genetické výbavě neandertálský haplotyp. Ten se vyskytuje asi u 16 procent obyvatel Evropy a zhruba poloviny obyvatel jižní Asie. V Africe a východní Asii ho naproti tomu prakticky nenalezneme.

Jak to všechno začalo…

Na počátku své kariéry byl Svante Pääbo fascinován možností využití moderních genetických metod ke studiu DNA nean­der­tál­ců. Brzy si však uvědomil extrémní technické výzvy, protože s časem se DNA chemicky modifikuje a rozkládá se na krátké fragmenty. Po tisících let zůstala pouze stopová množství DNA a to, co zbylo, je masivně kontaminováno DNA bakterií a současných lidí. V roce 1990 byl Pääbo přijat na univerzitu v Mnichově, kde jako nově jmenovaný profesor pokračoval ve své práci na archaické DNA. Rozhodl se analyzovat DNA neandertálských mitochondrií – organel v buňkách, které obsahují vlastní DNA. Mitochondriální genom je sice malý a obsahuje pouze zlomek genetické informace v buňce, ale je přítomen v tisících kopií, což zvyšuje šanci na úspěch. Díky rafinovaným metodám se Pääbovi podařilo sekvenovat oblast mitochondriální DNA ze 40 000 let starého kusu kosti. Vědci tak poprvé měli přístup k sekvenci od vyhynulého příbuzného. Srovnání se současnými lidmi a šimpanzi ukázalo, že neandertálci byli geneticky odlišní.

S postupem času jeho výzkumný tým neustále vylepšoval metody izolace a analýzy DNA z archaických kostních pozůstatků. Vědci využili nového technického vývoje, díky němuž bylo sekvenování DNA vysoce efektivní. Pääbo také zapojil několik kritických spolupracovníků s odbornými znalostmi v oblasti populační genetiky a pokročilých sekvenčních analýz. Jeho úsilí bylo úspěšné. Pääbo dosáhl zdánlivě nemožného, a v roce 2010 tak mohl publikovat první sekvenci genomu neandertálců.

Srovnávací analýzy ukázaly, že poslední společný předek neandertálců a Homo sapiens žil asi před 800 000 lety. Podle těchto srovnávacích analýz byly sek­ven­ce DNA neandertálců více podobné sekvencím současných lidí pocházejících z Evropy nebo Asie než současným lidem pocházejícím z Afriky, což dokládá, že neandertálci a Homo sapiens se křížili během svých tisíciletí soužití. U moderních lidí s evropským nebo asijským původem pochází přibližně jedno až čtyři procenta genomu od neandertálců.

Senzační objev denisovana

V roce 2008 byl v Denisově jeskyni v jižní části Sibiře objeven 40 000 let starý fragment prstové kosti. Kost obsahovala výjimečně dobře zachovanou DNA, kterou Pääbův tým sekvenoval. Výsledky způsobily senzaci: sekvence DNA byla jedinečná ve srovnání se všemi známými sekvencemi od neandertálců a současných lidí. Pääbo objevil dosud neznámého hominina, který dostal jméno denisovan. Srovnání se sekvencemi současných lidí z různých částí světa ukázalo, že k toku genů došlo také mezi denisovany a Homo sapiens. Tento vztah byl poprvé pozorován u populací v Melanésii a dalších částech jihovýchodní Asie, kde jedinci nesou až šest procent denisovanské DNA.

Pääbovy objevy přinesly nové pochopení naší evoluční historie. V době, kdy Homo sapiens migroval z Afriky, obývaly Eurasii nejméně dvě vyhynulé populace homininů. Neandertálci žili v západní Eurasii, zatímco denisované obývali východní části kontinentu. Během expanze mimo Afriku a migrace na východ se Homo sapiens setkali a křížili nejen s neandertálci, ale také s denisovany.

Pääbovy objevy vytvořily jedinečný zdroj, který je rozsáhle využíván vědeckou komunitou k lepšímu pochopení lidské evoluce a migrace. Nové výkonné metody sekvenční analýzy naznačují, že archaičtí hominini se také mohli v Africe smísit s Homo sapiens. Nicméně, žádné genomy z vyhynulých homininů v Africe nebyly kvůli zrychlené degradaci archaické DNA v tropickém podnebí dosud sekvenovány. Intenzivní probíhající výzkum se zaměřuje na analýzu funkčních důsledků těchto rozdílů s konečným cílem vysvětlit, co nás činí jedinečnými lidmi.