Gammelt DNA

Gammelt DNA (aDNA) henviser til undersøgelsen af DNA, der er udtaget fra eksemplarer, som er døde for årtier, hundreder eller undertiden tusinder af år siden. Eksempler herpå er analyse af DNA fra arkæologiske fund, museumsprøver, fossile rester og andre usædvanlige eksemplarer. Generelt er disse eksemplarer ikke blevet bevaret med henblik på genetiske og genomiske undersøgelser. De teknikker, der anvendes til ekstraktion af aDNA, kan anvendes i alle situationer, hvor DNA er blevet nedbrudt i et sådant omfang, at konventionelle teknikker til ekstraktion af frisk DNA ikke kan anvendes. Praktisk set henviser udtrykket aDNA til DNA’ets tilstand og ikke nødvendigvis til dets alder.

Teknikker

Der kræves forskellige teknikker til ekstraktion af gammelt DNA, og ekstraktionen skal derfor håndteres på et specialiseret aDNA-laboratorium. En frisk DNA-prøve kan være i størrelsesordenen mikrogram. Hvis laboratoriet udsættes for lave niveauer af fremmed DNA i størrelsesordenen nanogram eller picogram, vil kontamineringen ikke kunne ses i resultaterne. I modsætning hertil er en aDNA-prøve typisk i størrelsesordenen nanogram eller endog picogram, så en ekstra nanogram eller picogram forurening kan være fatal for analysen.

Problemet med aDNA-udtræk er ganske enkelt, at DNA er en meget kompleks struktur, der nedbrydes, så snart organismen dør på grund af bakterier, der får liget til at gå i opløsning. Dette accelereres, hvis DNA’et udsættes for “elementerne” og af eventuelle kemikalier, der måtte være til stede (f.eks. balsameringsvæske). De ældste eksemplarer, der har givet aDNA, har tendens til at være fundet i kølige, tørre klimaer i store højder, hvilket bidrog til at forsinke bakterievirkningen og holde DNA’et væk fra varme og fugt.

Det Y-kromosom er næsten 60 millioner basepar langt, og der er kun ét pr. celle. DNA-analyse af Y’et afhænger af, om man kan udtrække nok DNA fra bestemte områder inden for disse 60 millioner basepar til analyse. For stærkt nedbrudte rester er det meget usandsynligt, at nok af det rigtige Y overlever til analyse.

Der er en langt større chance for at genvinde nok mitokondrie-DNA (mtDNA) til en identifikation. Det gør det lettere for laboratoriet at udtrække brugbart DNA, men meget sværere for slægtsforskerne, der leder efter slægtsreferencen, da man er nødt til at følge den kvindelige linje. Der er op til 1 000 mitokondrier pr. celle, hver med fem til ti kopier af sit eget genom på 16 569 basepar af 16 569 baser. Derfor kan der være op til 10.000 kopier pr. celle af mtDNA-genomet. Dette resulterer i en langt større sandsynlighed for at genvinde mtDNA fra stærkt nedbrudte rester.

Embalmering skaber yderligere problemer. Den formaldehyd, der findes i balsameringsvæske, denaturerer ikke blot DNA, men får også DNA-strenge til at krydsforbinde sig selv og andre DNA-strenge, lidt ligesom en sammenvredet kugle af gaffatape. Denne skade er permanent. Formaldehydet oxideres til paraformaldehyd, som kan hæmme den Proteinase K, der anvendes under ekstraktionen. Så for balsamerede jordiske rester skal ekstraktionen af aDNA overvinde problemerne med nedbrydning som følge af bakteriel nedbrydning og nedbrydning som følge af eksponering for elementerne, foruden hæmningen af ekstraktionsprocessen på grund af tilstedeværelsen af oxideret formaldehyd. Der er blevet udviklet protokoller for at forsøge at bryde de krydsforbindelser, der er dannet af formaldehydet. Disse omfatter mikrobølgeovn og temperaturcykling af knoglepulver. Desværre kan denne protokol desværre også ødelægge DNA’et for meget skrøbelige eksemplarer. Det har været mere vellykket at lægge knoglepulveret i blød i en PBS-opløsning, der lader paraformaldehydet flyde op til toppen, mens knoglepulveret synker til bunds. Når paraformaldehydet er fjernet, opløses det resterende knoglepulver ved hjælp af en demineraliseringsproces, hvorved det DNA, der gemmer sig dybt i knoglematrixen, og som ikke er blevet påvirket af balsameringsprocessen, frigives. Dette kan fordoble udbyttet af aDNA.

Det bedste sted at lede efter aDNA er i petrusknoglen. Tænder er også foretrukket til gammelt DNA. Emaljen er det hårdeste stof i kroppen, og selv om den ikke indeholder DNA, yder den fysisk beskyttelse til dentinen i den og er med til at beskytte DNA’et i dentinen. Enhver anden tæt kompakt knogle, f.eks. et lårben eller en anden lang knogle, kan også bruges.

Metodologi

• Marx V (2017). Genetik: nye fortællinger fra gammelt DNA. Nature Methods 14: 771-774. Publiceret online 24. juli 2017. En oversigt over aktuel gammel DNA-methdologi og fund.
• Hansen HH , Damgaard PB , Margaryan A et al (2017). Sammenligning af oldtids-DNA-bevaring i petrous bone og tandcementum. PLOS One offentliggjort online 27. januar 2017.
• Orlando L, Gilbert MTP, Willerslev E (2015). Rekonstruktion af gamle genomer og epigenomer. Nature Reviews Genetics. Publiceret online 09 juni 2015.
• Raff, Jennifer (2014). Hvordan kan man se, om en gammel DNA-undersøgelse er legitim? Violent Metaphors blog, 7. februar 2014
• Rohland N og Hofreiter M (2007). Udtrækning af gammelt DNA fra knogler og tænder. Nature Protocols 2 1756-1762.

Publiceret online: 12. juli 2007 | doi:10.1038/nprot.2007.247

• Gilbert, M TP; Bandelt H-J, Hofreiter M, Barnes I (2005). Vurdering af gamle DNA-undersøgelser. Trends in Ecology and Evolution 20 (10): 541-544.
• Pääbo S. Poinar H, Serre D, Jaenicke-Despres V, Hebler J, Rohland N, Kuch M, Vigilant L, Hofreiter M (2004). Genetiske analyser på grundlag af gammelt DNA. Annual Review of Genetics 38: 645-679. Indeholder en oversigt over kriterierne for autenticitet.
• Cooper, A og Poinar, HN (2000). Ancient DNA: Do It Right or Not at All. Science; 289 1139.

Databaser

• BODIES – The British and Irish On-line Database Index to Excavated human remainS
• Evidence of the past: a map and status of ancient remains in the USA
• Jean Manco. Introduktion til oldtidens DNA (fra Internet Archive). Ancestral Journeys websted, der blev vedligeholdt af den afdøde Jean Manco. Indeholder links til tabeller, der dokumenterer resultater fra forskellige oldtids-DNA-undersøgelser, herunder tabeller over mitokondrielle og Y-kromosomale haplogrupper udtrukket fra historiske og forhistoriske menneskelige rester
• En liste over gamle DNA Y-kromosomundersøgelser fra Dienekes blog

Nyhedshistorier

The Spitalfields Princess

Den “Spitalfields Princess” blev fundet på en romersk kirkegård ved Spitalfields Market, London, England, i 1999 og var genstand for et BBC TV-program “Meet the Ancestors”:

• Digging up the Romans: Discovering people at Spitalfields Market
• Girl power af Jenny Hall Classical Association News nummer 24, juni 2001.
• Roman “yuppie” had Spanish Genes Steve Connor, The Independent, 2. august 1999.

Roman remains from Butt Road Cemetery, Colchester, Essex, England

• Colchester Man
• Patricia Smith. “Hemmelighederne i de romersk-britiske gener”: Nye data fra gamle knogler”. The Colchester Archaeologist, nummer 11, 1998, 18-19.
• Nina Crummy, Philip Crummy og Carl Cross. Excavations of Roman and later cemeteries, churches and monastic sites in Colchester, 1971-88 (46 megabytes)

Other news stories

• Eske Willerslev Is Rewriting History With DNA af Carl Zimmer, New York Times, 16 May 2016.
• What’s old is new again af Bob Grant, The Scientist, 1. juni 2015.
• Ancient DNA tells a new human story af Matt Ridley, Wall Street Journal, 1. maj 2015.
• Menneskets udvikling: Neandertaleren i familien af Ewen Callaway, Nature News and Comment, 26. marts 2014
• Rensning af gammelt DNA
• Tand giver ældste menneskelige mtDNA
• Eksisterende hulebjørn mtDNA sekventeret
• Genetisk karakterisering af det lig, der tilskrives evangelisten Lukas
• Udvikling af mumiemysteriet – ved hjælp af DNA
• Den mitokondrielle slægt af Ötzi ligner ikke andre europæere
• Kong Tut’s familiehemmeligheder og Faraos DNA-forbandelse
• “Bedre” DNA ud af fossile knogler af Alison Ross, BBC News, 19. september 2005
• Ancient hair gives up its DNA secrets af Anna Salleh, ABC Science Online, 22. juni 2004

Scientific papers

• Wagner JK et al (2020). Fremme af ansvarlig forskning i gammelt DNA. American Journal of Human Genetics 107 (2): 183-195.
• Kivisild T (2017). Undersøgelse af menneskets Y-kromosomvariation gennem gammelt DNA. Human Genetics. Publiceret online 4. marts 2017. En nyttig oversigtsartikel.
• Krause J, Pääbo S (2016). Genetisk tidsrejse. Genetics 203(1): 9-12.
• From mammoths to Neandertals, ancient DNA unlocks the mysteries of the past A special issue of Science devoted to ancient DNA, 23 July 2015.
• Ancient DNA: the first three decades Et debatmøde-nummer af Royal Society’s Philosophical Transactions B tilrettelagt og redigeret af Erika Hagelberg, Michael Hofreiter og Christine Keyser
• Luca Ermini, Clio Der Sarkissian, Eske Willerslev, Ludovic Orlando. Vigtige overgange i menneskets udvikling genovervejet: En hyldest til gammelt DNA. Journal of Human Evolution (under tryk). Tilgængelig online 19. december 2014. En fremragende, omfattende oversigtsartikel.
• Guido Brandt, Szécsényi-Nagy, Christina Roth, Kurt Werner Alt, Wolfgang Haak (2014). Human paleogenetics of Europe – The known knowns and the known unknowns. Journal of Human Evolution (under tryk). Tilgængelig online 13. november 2014. En oversigtsartikel, der primært fokuserer på gamle DNA-fund fra mitokondrie-DNA og Y-DNA.
• Pickrell J, Reich D (2014). På vej mod en ny historie og geografi af menneskelige gener informeret af gammelt DNA. Trends in Genetics 2014; 30 (9): 377-389 (abonnement påkrævet). Tilgængelig som et preprint fra BioRxiv.
• Ermanno Rizzi, Martina Lari, Elena Gigli, Gianluca De Bellis og David Caramelli. Gamle DNA-undersøgelser: nye perspektiver på gamle prøver. Genetics Selection Evolution 2012, 44:21. En meget god oversigtsartikel om historien om gamle DNA-undersøgelser.
• Christiane Maria Bauera, Martin Bodnera, Harald Niederstättera, Daniela Niederwiesera, Gabriela Hubera, Petra Hatzer-Grubwiesera, Karl Holubarb, Walther Parsona. Molekylærgenetiske undersøgelser af Østrigs skytshelgen Leopold III. Forensic Science International Genetics, 8 november 2012.
• Haak W, Balanovsky O, Sanchez JJ et al. Ancient DNA from European Early Neolithic Farmers Reveals Their Near Eastern Affinities PLoS Biol 2010 8(11): e1000536. doi:10.1371/journal.pbio.1000536.
• Melchior L, Kivisild T, Lynnerup N, Dissing J, 2008. Bevis for autentisk DNA fra danske vikingetidens skeletter, der ikke er blevet berørt af mennesker i 1.000 år. PLoS ONE 3(5): e2214.
• Kemp BM, Malhi RS, McDonough J et al. Genetisk analyse af tidlige holocæne skeletrester fra Alaska og dens implikationer for bosættelsen af Amerika. Am J Phys Anthropol 2007 Apr;132(4):605-21.

Projekter

• Roman DNA Project
• Swiss Mummy Project

Videre læsning

• ISOGG-side om berømt mtDNA
• ISOGG-side om gammelt mtDNA
• Wikipedia-liste over haplogrupper af historiske og berømte personer
• Wikipedia-artikel om gammelt DNA
• Hvor længe holder DNA? af Forrest Wickman. Slate, 5. februar 2013.

Bøger

• Terry Brown og Kerry Brown. Biomolekylær arkæologi: An Introduction. Wiley-Blackwell, februar 2011.
• Elizabeth Matisoo-Smith og K. Ann Horsburgh. DNA for arkæologer. Left Coast Press, november 2012.
• Svante Pääbo. Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes. Basic Books, New York, 2014.

Blogindlæg

• Digging up your ancestors – citizen science meets ancient DNA af Maurice Gleeson, DNA and Family Tree Research, 11 August 2020.
• aDNA in the life af Tom Booth. Arkæologiens dag hjemmeside, 28. juli 2017.
• The hype cycle of ancient DNA af Patrícia Pečnerová, The Molecular Ecologist, 20. april 2017.
• Petrous bone is the new black af Patrícia Pečnerová, The Molecular Ecologist, 22. februar 2016.
• Palaeogenomes – are they influencing us a bit too much? af Tom Gilbert, OpenQuaternary Discussions blog, 6. oktober 2014.
• Day 1 at the Royal Society’s 2013 Ancient DNA meeting af Debbie Kennett, Cruwys News blog, 21. november 2013.
• Day 2 at the Royal Society’s 2013 Ancient DNA meeting af Debbie Kennett, Cruwys News blog, 21. november 2013.

Forum og sociale medier

• Facebook Ancient DNA Group
• Google+ Ancient DNA Community

Ressourcer

• Oldtidens europæiske oldtids-DNA En Eupedia-side, der viser Y-DNA- og mtDNA-haplogruppe-frekvenser i gamle DNA-prøver i Europa
• Kort over gammelt DNA Et kort med åben kildekode, der viser med en beskrivelse og placeringen af alle de gamle DNA-prøver, der er fundet til dato.
• Online Ancient Genome Repository Et open access repository for gamle menneskelige DNA-data.
• Gamle DNA-prøver på GedMatch Felix Immanuel har behandlet nogle af de offentligt tilgængelige gamle DNA-råfiler og uploadet dem til dem GEDMatch med henblik på sammenligning.

Se også

• Famous DNA: Introduktion
• Ancient DNA
• Celebrity DNA
• Contested or debatable DNA
• Mitokondrie-DNA
• Neanderthal DNA
• Royal DNA
• US Presidential DNA
• Y-chromosome DNA