Muinais-DNA

BY admin
|
Muut kielet:
englanti

Katso myös ISOGG-luettelo rikosteknisistä ja muinais-DNA-laboratorioista

Muinais-DNA:lla (ancient DNA, aDNA) tarkoitetaan vuosikymmeniä, satoja tai toisinaan jopa tuhansia vuosia sitten kuolleista yksilöistä erotetun DNA:n tutkimusta. Esimerkkeinä voidaan mainita arkeologisista löydöistä, museonäytteistä, fossiilijäänteistä ja muista epätavallisista näytteistä kerätyn DNA:n analysointi. Yleensä näitä yksilöitä ei ole säilytetty geneettisiä ja genomitutkimuksia varten. aDNA:n uuttamisessa käytettyjä tekniikoita voidaan soveltaa missä tahansa tilanteessa, jossa DNA on hajonnut siinä määrin, että tavanomaisia tuoreen DNA:n uuttamistekniikoita ei voida käyttää. Käytännössä termi aDNA viittaa DNA:n tilaan, ei välttämättä sen ikään.

Tekniikat

Muinaisen DNA:n uuttamiseen tarvitaan erilaisia tekniikoita, ja sen vuoksi uuttaminen on hoidettava aDNA:han erikoistuneessa laboratoriossa. Tuore DNA-näyte voi olla mikrogramman luokkaa. Jos laboratorio altistuu pienille, nano- tai pikogramman luokkaa oleville määrille muukalaisten DNA:ta, kontaminaatio ei näy tuloksissa. Sitä vastoin aDNA-näyte on tyypillisesti nano- tai jopa pikogramman luokkaa, joten ylimääräinen nano- tai pikogramman kontaminaatio voi olla kohtalokas analyysin kannalta.

ADNA:n uuttamiseen liittyvä ongelma on yksinkertaisesti se, että DNA on hyvin monimutkainen rakenne, joka hajoaa heti organismin kuoltua bakteerien vaikutuksesta, jotka aiheuttavat ruumiin hajoamisen. Tämä kiihtyy, jos DNA altistuu ”elementeille” ja mahdollisesti läsnä oleville kemikaaleille (kuten balsamointinesteelle). Vanhimmat näytteet, joista on saatu aDNA:ta, on yleensä löydetty viileästä ja kuivasta ilmastosta korkealta, mikä auttoi hidastamaan bakteerien toimintaa ja piti DNA:n poissa lämmöltä ja kosteudelta.

Y-kromosomi on lähes 60 miljoonaa emäsparia pitkä, ja niitä on vain yksi per solu. Y-kromosomin DNA-analyysi riippuu siitä, että noiden 60 miljoonan emäsparin tietyiltä alueilta saadaan analysoitua riittävästi DNA:ta. Erittäin hajonneissa jäännöksissä on erittäin epätodennäköistä, että oikeasta Y-kromosomista säilyy riittävästi analysointia varten.

On paljon paremmat mahdollisuudet saada talteen riittävästi mitokondriaalista DNA:ta (mtDNA) tunnistusta varten. Näin laboratorion on helpompi poimia käyttökelpoista DNA:ta, mutta sukuviitteitä etsivien sukututkijoiden on paljon vaikeampaa, koska on seurattava naislinjaa. Mitokondrioita on jopa 1 000 kappaletta solua kohti, ja jokaisessa niistä on viidestä kymmeneen kopiota omaa 16 569 emäsparin genomiaan. Näin ollen mtDNA-genomia voi olla jopa 10 000 kopiota solua kohti. Tämä johtaa siihen, että mtDNA:n talteenottotodennäköisyys vakavasti hajonneista jäänteistä on paljon suurempi.

Embolisaatio aiheuttaa lisää ongelmia. Balsamointinesteen sisältämä formaldehydi ei ainoastaan denaturoi DNA:ta, vaan aiheuttaa myös sen, että DNA-juosteet linkittyvät ristiin itsensä ja muiden DNA-juosteiden kanssa, aivan kuin kasaantunut teippipallo. Vaurio on pysyvä. Formaldehydi hapettuu paraformaldehydiksi, joka voi estää uuton aikana käytetyn proteinaasi K:n käytön. Balsamoitujen jäännösten osalta aDNA:n uuttamisessa on siis voitettava bakteerien aiheuttama hajoaminen, joka liittyy hajoamiseen ja elementeille altistumisesta johtuvaan hajoamiseen, sen lisäksi, että hapettunut formaldehydi estää uuttamisprosessin. On kehitetty protokollia, joilla yritetään rikkoa formaldehydin muodostamat ristisidokset. Niissä käytetään mikroaaltouunitusta ja lämpötilan vaihtelua luujauheessa. Valitettavasti hyvin hauraiden näytteiden osalta tämä protokolla voi tuhota myös DNA:n. Onnistuneempaa on liottaa luujauhetta PBS-liuoksessa, joka antaa paraformaldehydin kellua pinnalla ja luujauheen vajota pohjaan. Kun paraformaldehydi on poistettu, jäljelle jäävä luujauhe liukenee demineralisaatioprosessissa, jolloin vapautuu DNA, joka on piilossa syvällä luun matriisissa, johon balsamointiprosessi ei ole vaikuttanut. Tämä voi kaksinkertaistaa aDNA:n saannon.

Paras paikka etsiä aDNA:ta on kiviluussa. Myös hampaita suositaan muinaisen DNA:n löytämiseksi. Kiille on elimistön kovinta ainetta, ja vaikka se ei sisällä DNA:ta, se antaa fyysisen suojan sen sisällä olevalle dentiinille ja auttaa suojaamaan dentiinissä olevaa DNA:ta. Myös mitä tahansa muuta tiivistä, kompaktia luuta, kuten reisiluuta tai muuta pitkää luuta, voidaan käyttää.

Metodologia

  • Marx V (2017). Genetiikka: uusia tarinoita muinaisesta DNA:sta. Nature Methods 14: 771-774. Julkaistu verkossa 24. heinäkuuta 2017. An overview of current ancient DNA methdology and findings.
  • Hansen HH , Damgaard PB , Margaryan A et al (2017). Muinaisen DNA:n säilymisen vertailu kiviluussa ja hampaan sementissä. PLOS One published online 27 January 2017.
  • Orlando L, Gilbert MTP, Willerslev E (2015). Muinaisten genomien ja epigenomien rekonstruointi. Nature Reviews Genetics. Published online 09 June 2015.
  • Raff, Jennifer (2014). Mistä tietää, onko muinainen DNA-tutkimus laillinen? Violent Metaphors -blogi, 7.2.2014
  • Rohland N ja Hofreiter M (2007). Muinaisen DNA:n uuttaminen luista ja hampaista. Nature Protocols 2 1756-1762.

Published online: 12 July 2007 | doi:10.1038/nprot.2007.247

  • Gilbert, M TP; Bandelt H-J, Hofreiter M, Barnes I (2005). Muinaisten DNA-tutkimusten arviointi. 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). Geneettiset analyysit muinaisesta DNA:sta. Annual Review of Genetics 38: 645-679. Sisältää katsauksen aitouden kriteereistä.
  • Cooper, A ja Poinar, HN (2000). Ancient DNA: Do It Right or Not at All. Science; 289 1139.

Tietokannat

  • 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. Johdatus muinaiseen DNA:han (Internet-arkistosta). Ancestral Journeys -sivusto, jota ylläpiti edesmennyt Jean Manco. Sisältää linkkejä taulukoihin, jotka dokumentoivat eri muinaisten DNA-tutkimusten tuloksia, mukaan lukien historiallisista ja esihistoriallisista ihmisjäännöksistä poimittujen mitokondrio- ja Y-kromosomihaploryhmien taulukot
  • Luettelo muinaisen DNA:n Y-kromosomitutkimuksista Dienekesin blogista

Ajankohtaisia uutisia

Spitalfieldsin prinsessa

”Spitalfieldsin prinsessa” löydettiin roomalaiselta hautausmaalta Spitalfieldsin torilta, Lontoossa Englannissa vuonna 1999, ja siitä tehtiin BBC:n televisio-ohjelma ”Meet the Ancestors”:

  • Digging up the Romans: Discovering people at Spitalfields Market
  • Girl power by Jenny Hall Classical Association News Number 24, June 2001.
  • Roman ”yuppie” had Spanish Genes Steve Connor, The Independent, 2.8.1999.

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

Colchester Man

  • Patricia Smith. ”Roomalais-brittiläisten geenien salaisuudet: Uutta tietoa vanhoista luista”. The Colchester Archaeologist, numero 11, 1998, 18-19.
  • Nina Crummy, Philip Crummy ja Carl Cross. Excavations of Roman and later cemeteries, churches and monastic sites in Colchester, 1971-88 (46 megatavua)

    • Muut uutiset

    • Eske Willerslev Is Rewriting History With DNA by Carl Zimmer, New York Times, 16 May 2016.
    • What’s old is new again by Bob Grant, The Scientist, 1. kesäkuuta 2015.
    • Ancient DNA tells a new human story by Matt Ridley, Wall Street Journal, 1. toukokuuta 2015.
    • Ihmisen evoluutio: The Neanderthal in the family by Ewen Callaway, Nature News and Comment, 26. maaliskuuta 2014
    • Puhdistetaan muinaista DNA:ta
    • Hammas paljastaa ihmisen vanhimman mtDNA:n
    • Sekvensoitu sukupuuttoon kuolleen luolakarhun mtDNA:ta
    • Evankelista Luukkaan ruumiin geneettinen karakterisointi
    • Muumion mysteerin purkaminen – Mm. DNA:n avulla
    • Ötzin mitokondriaalinen sukulinja ei ole samanlainen kuin muilla eurooppalaisilla
    • Kuningas Tutin perhesalaisuudet ja Faaraon DNA:n kirous
    • ”Parempaa” DNA:ta fossiilisista luista Alison Ross, BBC News, 19. syyskuuta 2005
    • Muinaiset hiukset paljastavat DNA-salaisuutensa Anna Salleh, ABC Science Online, 22. kesäkuuta 2004

    Scientific papers

    • Wagner JK et al (2020). Muinaisen DNA:n vastuullisen tutkimuksen edistäminen. American Journal of Human Genetics 107 (2): 183-195.
    • Kivisild T (2017). Ihmisen Y-kromosomivaihtelun tutkiminen muinaisen DNA:n avulla. Human Genetics. Julkaistu verkossa 4. maaliskuuta 2017. Hyödyllinen katsausartikkeli.
    • Krause J, Pääbo S (2016). Geneettinen aikamatkailu. Genetics 203(1): 9-12.
    • From mammoths to Neandertals, ancient DNA unlocks the mysteries of the past A special issue of Science dedicated to ancient DNA, 23 July 2015.
    • Muinainen DNA: ensimmäiset kolme vuosikymmentä Royal Societyn Philosophical Transactions B -julkaisun järjestämä ja toimittama keskustelutilaisuuden numero, jonka ovat toimittaneet Erika Hagelberg, Michael Hofreiter ja Christine Keyser
    • Luca Ermini, Clio Der Sarkissian, Eske Willerslev, Ludovic Orlando. Ihmisen evoluution suuret siirtymät uudelleen tarkasteltuina: A tribute to ancient DNA. Journal of Human Evolution (painossa). Saatavilla verkossa 19. joulukuuta 2014. Erinomainen, kattava katsausartikkeli.
    • 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 (painossa). Saatavilla verkossa 13. marraskuuta 2014. Katsausartikkeli, jossa keskitytään lähinnä mitokondriaalisen DNA:n ja Y-DNA:n muinaisiin DNA-löytöihin.
    • Pickrell J, Reich D (2014). Towards a new history and geography of human genes informed by ancient DNA. Trends in Genetics 2014; 30 (9): 377-389 (tilaus vaaditaan). Saatavilla esipainoksena BioRxivistä.
    • Ermanno Rizzi, Martina Lari, Elena Gigli, Gianluca De Bellis ja David Caramelli. Muinaiset DNA-tutkimukset: uusia näkökulmia vanhoihin näytteisiin. Genetics Selection Evolution 2012, 44:21. Erittäin hyvä katsausartikkeli muinaisten DNA-tutkimusten historiasta.
    • Christiane Maria Bauera, Martin Bodnera, Harald Niederstättera, Daniela Niederwiesera, Gabriela Hubera, Petra Hatzer-Grubwiesera, Karl Holubarb, Walther Parsona. Itävallan suojeluspyhimyksen Leopold III:n molekyyligeneettiset tutkimukset. 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. Evidence of Authentic DNA from Danish Viking Age Skeletons Untouched by Humans for 1,000 Years. PLoS ONE 3(5): e2214.
    • Kemp BM, Malhi RS, McDonough J et al. Genetic analysis of early holocene skeletal remains from Alaska and its implications for the settlement of the Americas. Am J Phys Anthropol 2007 Apr;132(4):605-21.

    Projektit

    • Rooman DNA-projekti
    • Sveitsin muumio-projekti

    Lisälukemista

    • ISOGG:n sivu kuuluisasta mtDNA:sta

      • .

    • ISOGG:n sivu muinaisesta mtDNA:sta
    • Wikipedia-luettelo historiallisten ja kuuluisien henkilöiden haploryhmistä
    • Wikipedia-artikkeli muinaisesta DNA:sta
    • Kuinka kauan DNA kestää? kirjoittanut Forrest Wickman. Slate, 5. helmikuuta 2013.

    Kirjat

    • Terry Brown ja Kerry Brown. Biomolekulaarinen arkeologia: An Introduction. Wiley-Blackwell, helmikuu 2011.
    • Elizabeth Matisoo-Smith ja K. Ann Horsburgh. DNA for Archaeologists. Left Coast Press, marraskuu 2012.
    • Svante Pääbo. Neandertalin ihminen: Kadonneita genomeja etsimässä. Basic Books, New York, 2014.

    Blogikirjoitukset

    • Kaiva esivanhempasi esiin – kansalaistieteet kohtaavat muinaisen DNA:n, Maurice Gleeson, DNA ja sukututkimus, 11.8.2020.
    • aDNA:n elämässä, Tom Booth. Arkeologian päivän verkkosivusto, 28. heinäkuuta 2017.
    • The hype cycle of ancient DNA by Patrícia Pečnerová, The Molecular Ecologist, 20. huhtikuuta 2017.
    • Petrous bone is the new black by Patrícia Pečnerová, The Molecular Ecologist, 22. helmikuuta 2016.
    • Palaeogenomes – are they influencing us a bit too much? by Tom Gilbert, OpenQuaternary Discussions -blogi, 6. lokakuuta 2014.
    • Day 1 at the Royal Society’s 2013 Ancient DNA meeting by Debbie Kennett, Cruwys News -blogi, 21. marraskuuta 2013.
    • Day 2 at the Royal Society’s 2013 Ancient DNA meeting by Debbie Kennett, Cruwys News -blogi, 21. marraskuuta 2013.

    Foorumit ja sosiaalinen media

    • Facebookin muinais-DNA-ryhmä
    • Google+ Muinais-DNA-yhteisö

    Lähteet

    • Muinais-eurooppalainen muinais-DNA:n Eupedian sivu, joka näyttää Y-DNA- ja mtDNA-haploryhmien frekvenssit muinaisissa DNA-näytteissä Euroopassa
    • Muinaisen DNA:n kartta Avoimen lähdekoodin kartta, jossa on kuvaus ja sijainti kaikista tähän mennessä löydetyistä muinaisista DNA-näytteistä.
    • Online Ancient Genome Repository Avoimen pääsyn arkisto muinaisen ihmisen DNA-tiedoille.
    • Muinaiset DNA-näytteet GedMatchissa Felix Immanuel on käsitellyt joitakin julkisesti saatavilla olevia muinaisen DNA:n raakatiedostoja ja ladannut ne GEDMatchiin vertailua varten.

    Katso myös

    • Famous DNA: Johdanto
    • Ancient DNA
    • Celebrity DNA
    • Contested or debatable DNA
    • Mitokondriaalinen DNA
    • Neanderthal DNA
    • Royal DNA
    • USA:n presidenttikunnan DNA
    • Y-kromosominen DNA