Starověká DNA

Starověká DNA (aDNA) označuje studium DNA získané ze vzorků, které zemřely před desítkami, stovkami nebo někdy tisíci lety. Příkladem může být analýza DNA získané z archeologických nálezů, muzejních vzorků, fosilních pozůstatků a dalších neobvyklých vzorků. Obecně platí, že tyto vzorky nebyly uchovány pro účely genetických a genomických studií. Techniky používané při extrakci aDNA jsou použitelné v každé situaci, kdy DNA degradovala do té míry, že nelze použít běžné techniky extrakce čerstvé DNA. Prakticky řečeno, termín aDNA se vztahuje ke stavu DNA, nikoli nutně k jejímu stáří.

Techniky

K extrakci starobylé DNA jsou zapotřebí různé techniky, a proto je třeba, aby se extrakcí zabývala specializovaná laboratoř zabývající se aDNA. Čerstvý vzorek DNA se může pohybovat v řádu mikrogramů. Pokud je laboratoř vystavena nízkému množství cizí DNA v řádu nanogramů nebo pikogramů, kontaminace se ve výsledcích neprojeví. Naproti tomu vzorek aDNA je obvykle v řádu nanogramů nebo dokonce pikogramů, takže další nanogramy nebo pikogramy kontaminace by mohly být pro analýzu fatální.

Problém s extrakcí aDNA spočívá jednoduše v tom, že DNA je velmi složitá struktura, která se rozkládá, jakmile organismus zemře v důsledku bakterií, které způsobují rozklad mrtvoly. Tento proces se urychluje, pokud je DNA vystavena „živlům“ a jakýmkoli chemickým látkám, které mohou být přítomny (například balzamovací tekutině). Nejstarší exempláře, které poskytly aDNA, byly obvykle nalezeny v chladném a suchém podnebí ve vysokých nadmořských výškách, což pomohlo zpomalit působení bakterií a udržet DNA mimo dosah tepla a vlhkosti.

Chromozom Y je dlouhý téměř 60 milionů párů bází a v každé buňce je pouze jeden. Analýza DNA chromozomu Y závisí na získání dostatečného množství DNA z určitých oblastí v rámci těchto 60 milionů párů bází pro analýzu. U vysoce degradovaných ostatků je velmi nepravděpodobné, že se zachová dostatek správného Y pro analýzu.

Je mnohem větší šance získat dostatek mitochondriální DNA (mtDNA) pro identifikaci. Pro laboratoř je tak snazší získat použitelnou DNA, ale pro genealogy, kteří hledají rodinný odkaz, je to mnohem těžší, protože musíte sledovat ženskou linii. V každé buňce je až 1 000 mitochondrií, z nichž každá má pět až deset kopií vlastního genomu o 16 569 párech bází. Na jednu buňku tedy může připadat až 10 000 kopií genomu mtDNA. To má za následek mnohem vyšší pravděpodobnost obnovy mtDNA ze silně degradovaných pozůstatků.

Embaling vytváří další problémy. Formaldehyd obsažený v balzamovací tekutině nejenže denaturuje DNA, ale také způsobuje, že se vlákna DNA vzájemně propojují sama se sebou a s jinými vlákny DNA, podobně jako smotané klubko lepicí pásky. Poškození je trvalé. Formaldehyd se oxiduje na paraformaldehyd, který může inhibovat proteinázu K použitou při extrakci. U balzamovaných ostatků musí tedy extrakce aDNA kromě inhibice extrakčního procesu přítomností oxidovaného formaldehydu překonat problémy s degradací působením bakterií, které se podílejí na rozkladu, a s degradací způsobenou vystavením živlům. Byly vyvinuty protokoly, které se snaží rozbít příčné vazby vytvořené formaldehydem. Tyto postupy zahrnují mikrovlnné ohřívání a teplotní cyklování kostního prášku. Bohužel u velmi křehkých vzorků může tento protokol zničit i DNA. Úspěšnější je namočit kostní prášek do roztoku PBS, který umožňuje paraformaldehydu plavat nahoře, zatímco kostní prášek klesá ke dnu. Po odstranění paraformaldehydu se zbývající kostní prášek rozpustí demineralizačním procesem, čímž se uvolní DNA, která se skrývá hluboko v kostní matrici, jež nebyla ovlivněna procesem balzamování. Tím lze výtěžnost aDNA zdvojnásobit.

Nejlepším místem pro hledání aDNA je petrózní kost. Zuby jsou pro starověkou DNA rovněž upřednostňovány. Sklovina je nejtvrdší látka v těle, a přestože neobsahuje DNA, poskytuje fyzickou ochranu dentinu v ní a pomáhá chránit DNA v dentinu. Lze použít i jakoukoli jinou hustou kompaktní kost, například stehenní kost nebo jinou dlouhou kost.

Metodika

• Marx V (2017). Genetika: nové příběhy z dávné DNA. Nature Methods 14: 771-774. Publikováno online 24. července 2017. An overview of current ancient DNA methdology and findings.
• Hansen HH , Damgaard PB , Margaryan A et al (2017). Comparing ancient DNA preservation in petrous bone and tooth cementum [Srovnání zachování starověké DNA v petrózní kosti a zubním cementu]. PLOS One published online 27 January 2017.
• Orlando L, Gilbert MTP, Willerslev E (2015). Rekonstrukce dávných genomů a epigenomů. Nature Reviews Genetics. Zveřejněno online 09. června 2015.
• Raff, Jennifer (2014). Jak poznat, zda je studie starověké DNA legitimní? Blog Violent Metaphors, 7. února 2014
• Rohland N a Hofreiter M (2007). Extrakce starověké DNA z kostí a zubů. Nature Protocols 2 1756-1762.

Publikováno online: 12. července 2007 | doi:10.1038/nprot.2007.247

• Gilbert, M TP; Bandelt H-J, Hofreiter M, Barnes I (2005). Posuzování starověkých studií DNA. 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). Genetické aanalýzy z dávné DNA. Annual Review of Genetics 38: 645-679. Obsahuje přehled kritérií pravosti
• Cooper, A a Poinar, HN (2000). Ancient DNA (Starověká DNA): Do It Right or Not at All (Dělat to správně, nebo vůbec). Science; 289 1139.

Databáze

• BODIES – The British and Irish On-line Database Index to Excavated human remainS
• Důkazy minulosti: mapa a stav starověkých ostatků v USA
• Jean Manco. Úvod do starověké DNA (z internetového archivu). Webové stránky Ancestral Journeys, které spravuje zesnulý Jean Manco. Obsahuje odkazy na tabulky dokumentující výsledky různých studií starověké DNA, včetně tabulek mitochondriálních a Y-chromozomových haploskupin získaných z historických a prehistorických lidských pozůstatků
• Seznam starověkých DNA studií Y-chromozomů z Dienekesova blogu

Novinky

The Spitalfields Princess

„Spitalfields Princess“ byla nalezena na římském hřbitově na Spitalfields Market, Londýně v Anglii v roce 1999 a byla předmětem televizního pořadu BBC „Meet the Ancestors“:

• Vykopávání Římanů:
• Girl power by Jenny Hall Classical Association News Number 24, June 2001.
• Roman „yuppie“ had Spanish Genes Steve Connor, The Independent, 2nd August 1999.

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

• Colchester Man
• Patricia Smith. „Tajemství římsko-britských genů: Nové údaje ze starých kostí“. The Colchester Archaeologist, číslo 11, 1998, 18-19.
• Nina Crummy, Philip Crummy a Carl Cross. Excavations of Roman and later cemeteries, churches and monastic sites in Colchester, 1971-88 (46 megabytů)

Další zprávy

• Eske Willerslev Is Rewriting History With DNA by Carl Zimmer, New York Times, 16 May 2016.
• Co je staré, je zase nové od Boba Granta, The Scientist, 1. června 2015.
• Ancient DNA tells a new human story od Matta Ridleyho, Wall Street Journal, 1. května 2015.
• Evoluce člověka: Ewen Callaway, Nature News and Comment: The Neanderthal in the family, 26. března 2014
• Cleaning up ancient DNA
• Zub prozradil nejstarší lidskou mtDNA
• Extinct cave bear mtDNA sequenced
• Genetická charakteristika těla připisovaného evangelistovi Lukášovi
• Unravelling the mummy mystery – (Rozluštění záhady mumie). pomocí DNA
• Mitochondriální linie Ötziho není jako u ostatních Evropanů
• Rodinná tajemství krále Tuta a Prokletí faraonovy DNA
• „Lepší“ DNA z fosilních kostí od Alison Rossové, BBC News, 19. září 2005
• Ancient hair gives up its DNA secrets by Anna Salleh, ABC Science Online, 22. června 2004

Vědecké práce

• Wagner JK et al (2020). Podpora odpovědného výzkumu starověké DNA. American Journal of Human Genetics 107 (2): 183-195.
• Kivisild T (2017). Studium variability lidského chromozomu Y prostřednictvím starobylé DNA. Human Genetics. Zveřejněno online 4. března 2017. Užitečný přehledový článek.
• Krause J, Pääbo S (2016). Genetické cestování v čase. Genetics 203(1): 9-12.
• From mammoths to Neandertals, ancient DNA unlocks the mysteries of the past Zvláštní vydání časopisu Science věnované starověké DNA, 23. července 2015.
• Ancient DNA: the first three decades Vydání diskusního setkání časopisu Philosophical Transactions B Královské společnosti, které uspořádali a editovali Erika Hagelberg, Michael Hofreiter a Christine Keyser
• Luca Ermini, Clio Der Sarkissian, Eske Willerslev, Ludovic Orlando. Hlavní přechody v evoluci člověka revisited: A tribute to ancient DNA. Journal of Human Evolution (v tisku). Dostupné online 19. prosince 2014. An excellent, comprehensive review article.
• Guido Brandt, Szécsényi-Nagy, Christina Roth, Kurt Werner Alt, Wolfgang Haak (2014). Lidská paleogenetika Evropy – známé známé a známé neznámé. Journal of Human Evolution (v tisku). Dostupné online 13. listopadu 2014. Přehledový článek zaměřený především na dávné nálezy DNA z mitochondriální DNA a Y-DNA.
• Pickrell J, Reich D (2014). Towards a new history and geography of human genes informed by ancient DNA [Na cestě k nové historii a geografii lidských genů na základě starověké DNA]. Trends in Genetics 2014; 30 (9): 377-389 (vyžadováno předplatné). Dostupné jako preprint z BioRxiv.
• Ermanno Rizzi, Martina Lari, Elena Gigli, Gianluca De Bellis a David Caramelli. Studie starověké DNA: nové pohledy na staré vzorky. Genetics Selection Evolution 2012, 44:21. Velmi dobrý přehledový článek o historii studia starověké DNA.
• Christiane Maria Bauera, Martin Bodnera, Harald Niederstättera, Daniela Niederwiesera, Gabriela Hubera, Petra Hatzer-Grubwiesera, Karl Holubarb, Walther Parsona. Molekulárně genetické výzkumy rakouského patrona Leopolda III. Forensic Science International Genetics, 8. listopadu 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. Důkaz autentické DNA z dánských koster z doby Vikingů nedotčených lidmi po dobu 1 000 let. 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.

Projekty

• Roman DNA Project
• Swiss Mummy Project

Další čtení

• ISOGG stránka o slavné mtDNA

.

• ISOGG stránka o starověké mtDNA
• Wikipedia seznam haploskupin historických a slavných osobností
• Wikipedia článek o starověké DNA
• Jak dlouho vydrží DNA? Forrest Wickman. Slate, 5. února 2013.

Knihy

• Terry Brown a Kerry Brown. Biomolekulární archeologie: An Introduction. Wiley-Blackwell, únor 2011.
• Elizabeth Matisoo-Smith a K. Ann Horsburgh. DNA for Archaeologists (DNA pro archeology). Left Coast Press, listopad 2012.
• Svante Pääbo. Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes [Člověk neandrtálský: při hledání ztracených genomů]. Basic Books, New York, 2014.

Příspěvky na blogu

• Digging up your ancestors – citizen science meets ancient DNA by Maurice Gleeson, DNA and Family Tree Research, 11. srpna 2020.
• aDNA in the life by Tom Booth. Webové stránky Day of Archaeology, 28. července 2017.
• The hype cycle of ancient DNA by Patrícia Pečnerová, The Molecular Ecologist, 20. dubna 2017.
• Drobná kost je nová černá od Patrície Pečnerové, The Molecular Ecologist, 22. února 2016.
• Palaeogenomy – ovlivňují nás až příliš? od Toma Gilberta, blog OpenQuaternary Discussions, 6. října 2014.
• Day 1 at the Royal Society’s 2013 Ancient DNA meeting by Debbie Kennett, Cruwys News blog, 21. listopadu 2013.
• Day 2 at the Royal Society’s 2013 Ancient DNA meeting by Debbie Kennett, Cruwys News blog, 21. listopadu 2013.

Fóra a sociální média

• Facebook Ancient DNA Group
• Google+ Ancient DNA Community

Zdroje

• Ancient European ancient DNA Stránka Eupedia zobrazující Y-DNA a mtDNA haploskupiny ve starověkých vzorcích DNA v Evropě
• Mapa starověké DNA Mapa s otevřeným zdrojem zobrazující s popisem a umístěním všechny dosud nalezené starověké vzorky DNA.
• Online Ancient Genome Repository Otevřené úložiště dat starověké lidské DNA
• Starověké vzorky DNA na GedMatch Felix Immanuel zpracoval některé veřejně dostupné surové soubory starověké DNA a nahrál je na GEDMatch pro účely srovnání.

Viz také

• Slavná DNA: Úvod
• Dávná DNA
• DNA slavných osobností
• Sporná nebo diskutabilní DNA
• Mitochondriální DNA
• Neandrtálská DNA
• Královská DNA
• DNA prezidentů USA
• DNA chromozomu Y

.