Starożytne DNA odkrywa pochodzenie stwardnienia rozsianego w Europie

Na terenie dzisiejszej Danii żył „człowiek z pormose”, którego czaszka została przebita strzałą tysiące lat temu. Analiza DNA jego i innych starożytnych ludzi ujawniła fale migracji do Europy w ciągu ostatnich 45 000 lat. Zdjęcie: Duńskie Muzeum Narodowe

Ponad 1600 starożytnych genomów pomogło w odnalezieniu pochodzenia wielu cech genetycznych występujących u współczesnych Europejczyków. Genomy sugerują, że wiele cech – w tym zwiększone ryzyko stwardnienia rozsianego – zostało przeniesionych do Europy przez ludzi, którzy migrowali na kontynent w trzech odrębnych falach, które rozpoczęły się około 45 000 lat temu.

Te i inne wyniki opublikowano dzisiaj w czterech powiązanych artykułach (odnośnik 1-4) w czasopiśmie Nature.

Odkrycia dostarczają dowodów na to, że część regionalnego zróżnicowania niektórych cech była spowodowana różnicami we wzorach rozprzestrzeniania się migrantów. Przeczy to poglądowi, że różnice genetyczne powstały głównie w wyniku przystosowania się ludzi do warunków panujących w określonych lokalizacjach w Europie.

„Jest to tour de force” – mówi Lluís Quintana-Murci, genetyk populacyjny w Instytucie Pasteura w Paryżu, który nie był zaangażowany w badanie. Mówi, że badania dostarczają bezprecedensowych szczegółów na temat tego, jak starożytne pochodzenie może po dziś dzień wpływać na ryzyko chorób. „To piękny przykład tego, jak zajmując się bardzo podstawowymi, fundamentalnymi kwestiami antropologicznymi i genomicznymi, można wzbogacić medycynę” – mówi.

Nowi przybysze

Europa została zasiedlona przez anatomicznie współczesnych ludzi w trzech głównych falach: łowcy-zbieracze dotarli do Europy z Azji około 45 000 lat temu; rolnicy przybyli z Bliskiego Wschodu 11 000 lat temu; i pasterze przybyli ze stepów zachodniej Azji i Europy Wschodniej 5000 lat temu. Archeolodzy i historycy zakładali, że grupy te mieszały się ze sobą na całym kontynencie a populacje w poszczególnych miejscach wyewoluowały odrębne cechy w odpowiedzi na lokalne środowisko.

Kiedy jednak genetyk Eske Willerslev z Uniwersytetu w Cambridge w Wielkiej Brytanii, wraz ze swoim zespołem, zaczął badać genomy starożytnych ludzi, odkrył, że to nie wszystko. Naukowcy zebrali i zsekwencjonowali DNA z 317 starożytnych szkieletów znalezionych w Europie, z których większość miała od 3000 do 11 000 lat. Następnie połączyli te sekwencje z istniejącymi danymi genomicznymi ponad 1300 innych starożytnych Europejczyków.

Porównując markery genetyczne, wiek i miejsce pochówku szczątków, naukowcy byli w stanie narysować europejskie drzewo genealogiczne i mapę migracji, która ujawniła, jak cechy genomiczne w określonej lokalizacji zmieniały się wraz z przemieszczaniem się populacji w czasie. Wykazano na przykład, że pasterze stepowi udali się głównie do bardziej północnych części Europy, podczas gdy rolnicy z Bliskiego Wschodu udali się na południe i zachód.

Niektórzy z tych migrantów całkowicie zastąpili istniejące populacje. Na przykład Dania przeszła dwie duże przemiany populacyjne, każda w ciągu zaledwie kilku pokoleń. Willerslev twierdzi, że dowody archeologiczne i szybkość przemian sugerują, że przybysze zabili wszystkich miejscowych, zamiast ich wypędzić lub zmieszać się z nimi.

O genach i geografii

Wzorce rozproszenia oznaczają, że wielu współczesnych Europejczyków ma pewne genetyczne pochodzenie ze wszystkich trzech fal populacyjnych, ale względna liczba każdego z nich różni się w zależności od lokalizacji, mówi Willerslev.

Następnie naukowcy porównali starożytne genomy z genomami 410 000 współczesnych osób, których profile genetyczne są przechowywane w brytyjskim Biobanku – ogromnej bazie danych informacji genetycznych i fizycznych. Dane dostarczyły wyraźnych dowodów na to, że wiele cech ma bezpośredni związek z jedną z trzech fal migracji.

Na przykład współcześni Europejczycy z północy są wyżsi i mają jaśniejszą skórę niż ich południowi odpowiednicy, ponieważ mają więcej przodków od pasterzy stepowych. A ci, którzy mają najwięcej łowiecko-zbierackich przodków, powszechnie spotykani w północno-wschodniej Europie, mają odmiany, które zwiększają ryzyko cukrzycy i choroby Alzheimera.

„Duża część historii powstała poza Europą” – mówi Willerslev. Kiedy jednak migranci osiedlili się w odizolowanych geograficznie obszarach Europy, warianty te utrwaliły się w poszczególnych populacjach.

Badanie pomogło odpowiedzieć na pytania takie jak: dlaczego dorośli ludzie wyewoluowali zdolność trawienia mleka, zanim Europejczycy zaczęli hodować zwierzęta. Mutacje w pobliżu genu kodującego laktazę – enzym umożliwiający dzieciom przetwarzanie mleka – mogły pomóc wczesnym ludziom przetrwać okres głodu jeszcze przed przybyciem pasterzy. Mutacje te mogły przygotować genom do opracowania wariantu, który umożliwia dalsze funkcjonowanie laktazy u dorosłych.

Nie jest jednak jasne, czy inne cechy, takie jak wzrost, zapewniały jakąkolwiek przewagę osobom, które je nosiły, mówi Willerslev.

Tajemnice ewolucji

Ta dwuznaczność nie dziwi Tony’ego Capry, genetyka ewolucyjnego z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco. „Po prostu naprawdę trudno jest wiedzieć, co kieruje selekcją” – mówi. Chociaż kuszące może być stwierdzenie, że wariant genetyczny był ewolucyjną adaptacją do środowiska, czasami jest to zwyczajnie wynikiem tego, kto w tamtym czasie tam mieszkał, zauważa Capra. „Nawet te niesamowite okna w przeszłość, jakie daje nam starożytne DNA, po prostu podkreślają, jak złożonym procesem była ewolucja człowieka".

U osób chorych na stwardnienie rozsiane komórki odpornościowe (okrągłe, sztucznie zabarwione) atakują komórki układu nerwowego zwane oligodendrocytami (struktury rozgałęzione). Zdjęcie: Profesor John Zajicek/Science Source Library

Co zaskakujące, jedną z cech, która wydaje się mieć silną przewagę ewolucyjną, jest ta związana z predyspozycją do stwardnienia rozsianego. Cecha ta przybyła do Europy wraz z pasterzami z Azji Zachodniej i przez kolejne tysiąclecia stała się jeszcze bardziej powszechna w Europie Północnej.

Obecnie stwardnienie rozsiane jest wyniszczającą chorobą spowodowaną nadczynnością układu odpornościowego atakującego układ nerwowy. Willerslev twierdzi jednak, że ten niezwykle silny układ odpornościowy lub związane z nim warianty genetyczne mogły pomóc starożytnym ludziom przetrwać plagi i powszechne patogeny. „To najlepsze wyjaśnienie, jakie możemy wymyślić”.

Capra twierdzi, że zespół przyjął „sprytne” podejście do zrozumienia starożytnych ludzi, przyglądając się wpływowi pochodzenia na współczesne cechy, zamiast próbować poznać te cechy, patrząc wyłącznie na próbki starożytnego DNA. Następnym krokiem – mówią on i Quintana-Murci – będzie dla badaczy zastosowanie metod opracowanych przez Willersleva i jego współpracowników do genomów z innych części świata, takich jak Azja Południowo-Wschodnia i Ameryki.