Hver fékk Nóbelsverðlaunin í lífeðlisfræði og læknisfræði 2022 og fyrir hvað?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hver fékk Nóbelsverðlaunin í lífeðlisfræði og læknisfræði 2022 og fyrir hvað?
Nóbelsverðlaunin í lífeðlisfræði og læknisfræði eru veitt einstaklingum sem 50 manna hópur sérfræðinga við Karolinsku stofnunina í Stokkhólmi velur úr hópi tilnefninga sem sendar hafa verið Nóbelsnefndinni. Verðlaunin hafa verið veitt fyrir margskonar rannsóknir á frumum, genum, þroskun, veirum og bakteríum, en aldrei fyrir rannsóknir á þróun lífvera. Verðlaun ársins 2022 eru frávik frá þeirri reglu en þau hlaut Svante Pääbo.

Svante Pääbo er sænskur erfðafræðingur^[1] sem hefur nær allan sinn feril rannsakað þróun mannsins og sérstaklega eiginleika útdauðra manna. Sem ungur maður hafði hann mikinn áhuga á múmíum en áherslan færðist fljótt yfir á beinaleifar, bæði okkar og neanderdalsmanna.^[2] Pääbo hlaut verðlaunin fyrir frumkvöðlastarf á sviði aðferða til að ná í og raðgreina erfðaefni úr gömlum beinum eða leifum lífvera, og uppgötvanir tengdar þeim. Slíkt erfðaefni er kallað fornDNA (e. ancient DNA, skammstafað aDNA) og margvíslegar áskoranir fylgja rannsóknum á því. Erfðaefni er tvíþátta helix þar sem þættirnir tvinnast saman, og er merkilega stöðugt. Það brotnar samt niður, meðal annars vegna áhrifa hita, efna, þrýstings og geislunar. Einnig geta bein verið menguð með erfðaefni úr umhverfinu eða frá þeim sem hafa handleikið þau. Pääbo, samstarfsmenn hans og aðrir, hafa síðustu áratugi þróað aðferðir til að ná erfðaefni úr beinum, og hreinsa frá mengun vegna örvera eða annarra lífvera. Til þess voru settar upp rannsóknarstofur með öflugum kerfum fyrir hreinsun og vinnuferla sem drógu úr líkum á mengun.

Með fundi neanderdalsmannsins í helli nærri Dusseldorf í Þýskalandi árið 1856 var ljóst að leifar beina gætu varpað ljósi á fortíðina. Síðan þá hafa fundist steingerðar leifar margra manna, frá suðurapa til upprisumannsins. Mannfræðingar hafa fundið út að okkar ættkvísl (Homo) kom fram fyrir um 2,5 milljón árum, en einnig að ólíkar gerðir eða tegundir manna bjuggu stundum á jörðinni á sama tíma. Bein og mannvistarleifar (til dæmis verkfæri, aðrir gripir eða grafir) gefa mikilvægar upplýsingar um eiginleika, dreifingu og menningu þessara hópa. Til að mynda hafa fundist leifar neanderdalsmanna í sunnanverðri Evrópu og austur eftir Asíu en ekki í öðrum heimsálfum. Aldursgreiningar benda til að þeir hafi dáið út fyrir um 35.000 árum.

Við erum eina tegund mannapa sem eftir lifir á jörðinni og því var lengst af ekki hægt að greina skyldleika okkar við aðra hópa. Spurningar sem brunnu á þróunarfræðingum voru:

• Hversu skyldir vorum við og neanderdalsmenn, eða með öðrum orðum hvenær aðskildust þessir hópar?
• Hvar í erfðamenginu liggur munurinn á okkur og þeim, það er hvaða líffræðilegu þættir skilja helst á milli hópanna?
• Var erfðablöndun á milli neanderdalsmanna og forfeðra okkar?
• Hvenær og hvar gerðist sú blöndun í þróunarsögunni?

Erfðaupplýsingar úr gömlum beinum og tönnum gátu svarað þessum spurningum, og öðrum. Svante Pääbo og samstarfsmenn voru brautryðjendur í að einangra og raðgreina fornDNA úr beinum. Þeir slípuðu aðferðirnar á leifum annarra tegunda, en markmiðið var alltaf neanderdalsmaðurinn. Beinaleifar eru misheillegar, og því var skimað eftir beinum sem innihéldu vel varðveitt DNA. Fyrsta stóra skrefið var árið 1997. Þá birtist grein um stuttan bút (379 basapör, bp) úr hvatberalitningi sem magnaður var úr þýsku neanderdalsbeini. Niðurstöðurnar bentu til að menn og neanderdalsmenn hefðu aðskilist fyrir um 550.000 til 690.000 árum. En DNA-bútar geta átt ólíkar sögur, saga hvatbera og gena í kjarnanum er ekki sú sama.^[3]

Næsta markmið var að ná erfðaefni úr kjarnanum. Mörg neanderdalsbein hafa fundist í helli í Vindija í Króatíu, og þaðan kom ~42.000 ára gamalt bein sem afhjúpaði lykilatburði í mannkynssögunni. Árið 2010 var birt grein sem lýsti raðgreiningu á erfðaefni neanderdalsmannsins frá Vindija. Í ljós kom umtalsverður munur á erfðaefni þeirra og okkar. Metið var að síðasti sameiginlegi forfaðir þeirra og okkar, hafi verið upp uppi fyrir ~825.000 árum.^[4]

Gen þróast misjafnlega hratt, og ef jákvætt val er á tilteknum eiginleika getur það leitt til hraðrar þróunar í genum sem tengjast þeim. Þannig var hægt að bera saman erfðamengi manna og simpansa, og finna gen sem hafa þróast hratt á ættmeiði okkar (eða þeirra). Á sama hátt var hægt að skoða hvaða gen höfðu þróast hratt síðan menn og neanderdalsmenn aðskildust. Stóra uppgötvunin fékkst með samanburði við erfðamengi neanderdalsmannsins við nútímamenn frá fimm meginlöndum. Forfeður okkar og þeirra höfðu blandast. Erfðaefni frá neanderdal er ekki jafndreift meðal nútímamanna. Fólk í Evrópu og Asíu er með hæst hlutfall neanderdalsgena (1-3%) en á öðrum svæðum fundust þau ekki.^[5] Með þessari rannsókn Svante Pääbo og félaga opnuðust möguleikar á rannsóknum á fornu fólki. Í kjölfarið voru erfðamengi greind úr fleirum, sem varpað hefur ljósi á sögu mannkyns undanfarin 30.000 – 50.000 ár.

Næsta stóra uppgötvun Pääbo og samstarfsfólks byggði á dularfullu fingurbeini frá Altaifjöllum í Síberíu. Það fannst í svokölluðum Denisovahelli og var fyrst talið að það væri úr neanderdalsmanni. Beinið fannst í 30.000-48.000 ára gömlum jarðlögum og reyndist nægilega vel varðveitt fyrir raðgreiningu erfðamengis. Niðurstöðurnar komu á óvart. Beinið tilheyrði einstaklingi af þriðju þróunargrein manna, sem var áður óþekkt. Þessi hópur var nefndur denisovamenn (eftir hellinum), og virðist hafa búið í austurhluta Asíu fyrir um 50.000 árum. Uppruni þeirra og dreifing er að miklu leyti á huldu, en erfðamynstrin benda til að þeir hafi verið systurhópur neanderdalsmanna (aðskilist fyrir um 640.000 árum), og landfræðilega verið algengastir í Austur-Asíu. Þeir blönduðust einnig forfeðrum okkar. Vissir hópar fólks á Papúa Nýju-Gíneu og öðrum eyjum milli Asíu og Ástralíu bera ~5% erfðaefnis frá denisovamönnum. Talið er að þeir hafi dáið út um svipað leyti og neanderdalsfólkið.

Aðferðir fornDNA sem Pääbo var brautryðjandi að, og stofnerfðafræðilíkön og aðferðir (meðal annars þróuð af Montgomery Slatkin, Rasmus Nielsen og fleirum) opnuðu þessa nýju fræðigrein upp á gátt. Nú var hægt að rannsaka sögu hópa, landfræðilega dreifingu og blöndun og breytingar á tíðni samsæta sem tengjast eiginleikum fólksins. Tökum tvö dæmi. Erfðamengi neanderdalsmanna eru yfirleitt arfhrein um fleiri breytileika en mengi meðal nútímamanns. Það bendir til að stofn þeirra hafi verið lítill og/eða að innræktun hafi verið umtalsverð. Það gæti hafa stuðlað að útdauða þeirra. Í annan stað eru dæmi um að erfðaefni frá þessum tegundum nýttist. Besta dæmið er ákveðin útgáfa (samsæta) Epas1-gensins frá denisovamönnum, sem eykur hæfni þeirra sem bera hana í háfjallalofti. Tíbetar eru mjög þolnir gagnvart súrefnisskorti, sem er veruleiki fólks sem býr í 2000 metra eða meiri hæð. Ákveðin útgáfa Epas1-gensins er mjög fátíð í Asíu (>1%), nema í Tíbetum og nærskyldum hópum, þar sem hún er í 80-90% tíðni.^[6] Þessi útgáfa gensins er ólík öðrum útgáfum sem finnast meðal nútímamanna (munur á mörgum bösum stærsta hluta gensins), en er næstum eins og röð sem fannst í gömlu beini úr denisovamanni. Fleiri dæmi eru um gen frá ættingjum okkar sem nýst hafa í lífsbaráttunni eða verið til óþurftar.^[7] Hins vegar er almennt talið að þessi gen séu ekki mjög samrýmanleg okkar erfðaefni. Til að mynda finnast engar vísbendingar um gen frá neanderdalsmönnum í um 60% erfðamengis okkar. Þar er X-litningurinn skýrasta dæmið en engar vísbendingar eru um útgáfur af genum hans sem rekja má til neanderdals.

Lesendur hafa mögulega veitt því eftirtekt að hér að ofan voru hvorki denisova- eða neanderdalsmenn kallaðir sjálfstæðar tegundir. Ef einstaklingar úr tveimur hópum eignast ekki lifandi eða frjó afkvæmi, þá teljast hóparnir aðskildar tegundir samkvæmt skilgreiningunni á líffræðilegri tegund. Þar sem í okkur finnast gen frá neanderdals- og denisovamönnum, og þar sem genaflæði var þeirra á milli, er ljóst að þetta voru ekki aðskildar tegundir. Þar af leiðir er allt tal um að munur á núlifandi fólki frá mismunandi löndum sé það mikill að við séum ólíkar tegundir, marklaust þvaður.^[8]

Samantekt:

• Svante Pääbo fékk Nóbelsverðlaun í lífeðlisfræði og læknisfræði árið 2022 fyrir rannsóknir á fornDNA manna, og eiginleikum manna.
• Hann og samstarfsmenn þróuðu aðferðir til að greina erfðamengi úr fornDNA, til dæmis úr beinum eða tönnum.
• Þannig var hægt að greina skyldleika, okkar, neanderdalsmanna og denisovafólksins.
• Gögnin sýna einnig blöndun milli þessara þriggja hópa.

Tilvísanir:

1. ^ Svante Pääbo fæddist í Svíþjóð 20. apríl 1955. Móðir hans var eistneskur efnafræðingur, Karin Pääbo (1925–2013), og faðir hans Sune Bergström (1916–2004) sænskur lífefnafræðingur sem einnig vann Nóbelsverðlaun 1982 fyrir uppgötvanir tengdar prostaglandínum.
2. ^ Homo sapiens og Homo neanderthalensins voru báðar skilgreindar sem manntegundir út frá byggingu, til dæmis steingerðum beinum eða höfuðkúpum.
3. ^ Einnig er mikill munur á stærð litninga. Hvatberalitningurinn er um 16.569 bp, en venjulegir litningar hlaupa á milljörðum basa.
4. ^ Meðaltal segir bara hluta sögunnar, breytileikinn endurspeglar mismunandi aldur svæða í erfðamenginu. Einnig er töluverð óvissa í aldursmatinu, vegna áhrifa tilviljunar á þróun.
5. ^ Eða neanderdalsgen eru í hverfandi hlutfalli. Nýjar rannsóknir benda til að neanderdalsgen finnist í vissum þjóðflokkum í Afríku.
6. ^ Epas1 skráir fyrir hluta af stjórnþætti sem stuðlar að svörun líkamans við súrefnisþurrð.
7. ^ Sjá svar sama höfundar við spurningunni: Er eitthvað til í því að gen frá neanderdalsmönnum valdi verri COVID-19-sjúkdómi?
8. ^ Sjá svar Agnars Helgasonar við spurningunni: Eru kynþættir ekki til?

Heimildir og myndir:

• Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022. NobelPrize.org. (Sótt 21.10.2022).
• Green, R. E. o.fl. (2010). A Draft Sequence of the Neandertal Genome. Science, 328(5979), 710–722. (Sótt 21.10.2022).
• Reich, D. o.fl. (2010). Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature>/cite>, 468, 1053–1060. (Sótt 21.10.2022).
• Fyrsta mynd: Professor Svante Paabo ForMemRS.jpg - Wikimedia Commons. Höfundur myndar: Duncan Hull. Birt undir Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International leyfi. (Sótt 21.10.2022).
• Önnur mynd: Útbúin af höfundi, einfölduð eftir grein S. Sankararaman o.fl. 2012. The Date of Interbreeding between Neandertals and Modern Humans. PLoS Genetics. 8, e1002947.
• Þriðja mynd: File:Vindija cave.jpg - Wikimedia Commons. (Sótt 25.10.2022). Myndin er birt undir leyfinu Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic license.

...