Apie senovės DNR tyrimus, jų svarbą šiandienos suvokimui apie žmogų ir jo aplinką, bei Lietuvos genetikų atliekamus tyrimus kalbamės su VU Medicinos fakulteto Biomedicinos mokslų instituto Žmogaus ir medicininės genetikos katedros mokslininke dr. Ingrida Domarkiene.
Kodėl reikalinga atlikti senovės DNR genomo tyrimus, kokia jų prasmė?
Plačiausia prasme – galime sužinoti daug ne tik apie praeitį, kas turbūt akivaizdu, bet ir apie dabartį. Ištyrus senovės genomus galime atsakyti, kaip išsivystė genai, atsirado atsparumai arba jautrumai ligoms. Arba pavyzdžiui, kaip žmogus prisijaukino gyvūnus – šunis, arklį, ūkio gyvulius, kaip prisijaukino augalus, mikroorganizmus, mieles.
Atsakyti į šiuos klausimus galime tik pasitelkę senovės tyrimus. Galime atrasti tam tikrų savybių – jeigu kalbėsime apie augalų ar gyvūnų savybes, galime tyrinėti tam tikrus požymius ir daryti išvadas, kokie genetiniai veiksniai lemia tuos požymius. Yra tokių projektų, kur bando atstatyti, sugrąžinti tam tikras veisles, kurios būtų atsparesnės, arba turėtų tam tikrų gerų savybių. Nes bėgant laikui, savybės yra prarandamos. Norint jas palaikyti, reikia panaudoti genetinę įvairovę. Tas iš tiesų nėra lengva.
Bet tai aktualu kalbant ne tik apie žemės ūkį – tas pats yra ir medicinoje. Žinios apie žmogaus genomo ypatumus gali padėti kurti prevencines strategijas ligoms išvengti ar padėti pacientams išgyventi.
Taip pat galime atsekti migraciją – kaip žmonės keliavo, tuo pačiu, kaip keliavo patogenai, kartu su žmonėmis. Tai ne tik bakterijos ar virusai, bet ir įvairūs parazitai. Galime sekti kaip vyko epidemijos ar pandemijos, atrasti migracijos kelius.
Netgi galima stebėti išnykimo ženklus. Kai žinai, kodėl išnyko viena ar kita rūšis, tą informaciją gali pritaikyti šiems laikams ir atlikti stebėjimą, kokia yra tam tikrų rūšių būklė genetine prasme, ryšys su išnykimu ir paskui imtis atitinkamų veiksmų pagal rezultatus.
Aišku, dažnai rūpi ir kilmės klausimas. Mes galime nustatyti, iš kur yra atsiradę žmonės. Tokie tyrimai yra ypač populiarūs JAV, kadangi ten yra aktualus vergų atvežimo klausimas, tad dažnai žmonės nežino savo šaknų, bet nori apie jas sužinoti – tokiu būdu bando atsekti savo protėvius Afrikoje. Tie tyrimai, aišku, nėra labai seni, bet galima ieškoti ir senesnių priklausomybių tam tikroms grupėms.
Ar tiesa, kad senovės DNR tyrimai gali padėti nustatyti ir giminės ryšius tarp palaikų?
Taip, galima atsekti ir giminystės ryšius – pavyzdžiui, galbūt mus domina kilmingos šeimos. Kai kada būna prarandamos tapatybės – atidaromi ir išgrobstomi arba išniekinami karstai. Kai mūsų žemėje buvo šitiek karų, tai tikrai būna tokių atvejų – ir Lietuvoje, ir užsienyje. Galima patikrinti ir nustatyti, kokia tikimybė, kad tie žmonės buvo giminingi. Jeigu buvo identifikuoti palaikai, pagal juos galima nustatyti ir kitų priklausomybes, kokia yra biologinė giminystė.
Dažniausiai tai bus kelios ypatybės, jeigu skeletas gerai išsilaikęs. Bet giminingi skeletai tikrai nebūtinai bus labai vienas į kitą panašūs.
Tai yra ir medžiagos kokybės klausimas. Geriausiai genetiniams tyrimams tinka kietas kaulas iš kaukolės smilkinkaulio srities, arba klausomieji kauleliai, nes jie yra tankūs, geriausiai išlaiko ląsteles, kurios saugo DNR genetinę medžiagą. Ilgieji kaulai ląsteles išsaugo prasčiau, nors gal ir atrodo kieti. Dar jų būklė priklauso ir nuo to, kur guli tie kaulai, nuo aplinkos sąlygų.
Iš to ką girdžiu atrodo, jog senovės DNR tyrimų mokslas iš esmės yra tarpdisciplininis – tiriant palaikus reikia archeologinių, istorinių žinių. Gal galite plačiau papasakoti apie šių tyrimų tarpdiscipliniškumą, su kokių kitų sričių mokslininkais tenka dirbti?
Šiuo metu taip, tyrimai visuomet yra tarpdisciplininio pobūdžio.
Genetikai patys kapaviečių nekasinėja ir neturi reikalingų priemonių. Archeologų pagalbos prireikia bene visuomet – jie žino, kur ieškoti kaulų, kaip juos atrasti. Bet kur nuėjęs į mišką, tikrai nežinosi, kur reikia kasti. Archeologai taip pat žino kaip dirbti su kaulais – jie žino, kaip nustatyti lytį, kaip nustatyti ligas pagal skeletą, apytiksliai amžių, visas aplinkybes, kaip buvo rastas kūnas. Gal jis buvo kaip nors specifiškai palaidotas, su įkapėmis. Daug informacijos slepiasi greta, kurios genetikai patys negalėtų interpretuoti.
Reikia ir istoriko, kuris žinotų istorinį kontekstą. Vis tiek, kalbame apie istorinius įvykius ir jų veiksmo vietas. Jeigu tiriame kilmingą šeimą, būtų naudinga žinoti kuo daugiau aplinkybių. Reikia istorinio konteksto – vien iš genetikos visko nepasakysi.
Kai yra tiriama migracija ir mes matome, kad žmonės kaip ir yra panašūs, tai gal aišku, iš kur jie migravo. Bet būna, kad labai skiriasi jų kalbėtos kalbos. Jeigu jie yra panašūs genetiškai, vadinasi kažkada būta bendro sąlyčio ir turėta palikuonių, nes taip dalinamasi genetine informacija. Bet jie turėjo kažkaip bendrauti. Ir jeigu kalbos yra iš labai skirtingų kalbos grupių, tada kyla klausimas – kaip tai išvis įmanoma? Tuomet tyrime turi sudalyvauti lingvistai.
Šie tyrimai taip pat neapsieina be chemikų. Greta visko, taip pat įsivaizduokime, kad randama puodynės šukė. Galima nugramdžius atrasti chemines medžiagas – baltymus, lipidus, riebalus, pagal kuriuos galima rekonstruoti, kas toje puodynėje buvo.
Kartu sudėjus visų indėlį galima pasakyti, kokie tai buvo žmonės, kaip jie gyveno. Tai ne tik genetiniai tyrimai, bet ir paleoproteomika, archeologija, antropologija.
Šiuo metu tyrimai yra tarpdisciplininiai, bet yra siekiama judėti link transdisciplininio mokslo. Tai reikštų, jog kiekvienas specialistas žinotų ir kito specialisto sritį ir jie kartu, kaip lygiaverčiai partneriai, spręstų klausimus. Grįžtame prie laikmečio, kuomet buvo gajus polimatijos reiškinys – garsiausias polimatas, ateinantis į galvą yra Leonardas da Vinčis, kuris daug išmanė sričių, tokiu būdu buvo plataus spektro specialistas.
Kuo skiriasi senovės DNR tyrimų metodika, tyrimų eiga, nuo šiuolaikinės DNR tyrimų?
Skirtumų tyrimų metodikoje ir eigoje yra tikrai daug.
Ta specifika prasideda nuo patalpų. Norint dirbti su senovės DNR, pirmiausia svarbu jos neužteršti modernia DNR. Įsivaizduokime – tiriu senovės DNR, o po to paaiškėja, jog ištyriau savo pačios DNR, nes pati dirbau laboratorijoje.
Kodėl taip lengva užteršti? Yra išgaunami labai nedideli senovės DNR kiekiai – koncentracija gali būti ir didelė, bet koncentraciją sudaro ne tik tikslinė DNR, kurios mums reikia, bet ir viskas kas užgyventa kartu su kaulu.
Tai yra ir paties savininko DNR, ir apsigyvenusių bakterijų, grybų, dirvožemio DNR. Yra toks DNR mixas – dažnai tos DNR, kurios tau reikia, yra labai nedaug. O jei į aplinką paklius mokslininko ar archeologo DNR, mes turėsime sudėtingai atskiriamą mėginį. Reikia labai saugoti mėginį, tam reikalingos ypatingai švarios ir sandarios patalpos laboratorijoje. Mokslininkas apsirengia kostiumą, kuris nepalieka nei vienos plikos odos vietos.
Patalpose sudaromas viršslėgis, kad įeidamas, su oro srautu neįneštum kito DNR. Nes šiaip nuo mūsų nuolatos byra atsinaujinančios odos ląstelės, sklinda į aplinką. O ląstelės turi DNR.
Yra patalpų orientacija. Reikalinga vienoje patalpoje pasiruošti DNR mėginį ir nebegrįžtant eiti į kitą patalpą. Į patalpą irgi einama po vieną. Oro tiekimas laboratorijoje irgi turi būti atskiras, turi būti aukšto filtravimo lygio filtrai, kurie filtruotų itin mažas daleles – hb14. Yra įrengiamos UV lempos paviršių dezinfekcijai, naudojami įvairūs valikliai.
Dažniausiai mėginys yra kaulas, nors kai kuriais atvejais tai gali būti ir raumuo, oda. Iš jų mes bandome išskirti DNR. Pats išskyrimo procesas yra panašus, kaip ir su šiuolaikinės DNR tyrimais. Bet visada reikia turėti omenyje mažus DNR kiekius ir potencialą DNR užkrėsti.
Procedūros yra bioinformatinės, kada kompiuterio pagalba yra nustatinėjama tiriamos DNR autentiškumą. Senovės DNR būna labai fragmentuota – suskaidyta trumpais gabaliukais dėl aplinkos poveikio. Be to, ji turi pasikeitimus savo sekoje. Būtent šių dalykų mes ir ieškome – jeigu turime ilgą DNR, be pasikeitimų, galime įtarti, kad tai yra šiuolaikinė DNR, tarša. O jeigu randame fragmentuotą DNR, su tam tikrais pakitimais, mes ją laikome autentiška. Ir tada mes įrodome, kad tai yra autentiška medžiaga, su ja galime toliau dirbti, rekonstruoti sekas, analizuoti ir lyginti, ieškoti atsakymų, į rūpimus klausimus.
Beje, koks yra seniausias nuskenuotas genomas?
Seniausias nuskaitytas genomas – mamuto, gyvenusio prieš maždaug 1,2 mln. metų. Studentai dažnai klausinėja dėl dinozauro genomo, tai aš jiems primenu, kad dinozaurai išnyko prieš maždaug 60 mln. metų. Tad ši DNR yra labai sena. Pats laikas savaime nieko nedaro, bet aplinka veikia ir ardo DNR – tai ir spinduliuotės, šaltis, šiluma, drėgmė, UV spinduliai.
Kiek teko domėtis, senovės DNR tyrimai yra gana nauja disciplina, gyvuojanti vos keletą dešimtmečių. Gal galite daugiau papasakoti apie pirmuosius atliktus senovės DNR tyrimus?
Pirmieji bandymai pradėti rodos 1987 metais. Šios srities pradininkas Svante Pääbo iki šiol aktyviai darbuojasi, praėjusiais metais gavo Nobelio premiją medicinos ir fiziologijos srityje už tuos darbus. Jis ir kiti ankstyvieji mokslininkai labai daug padarė vystydami ir pačią mokslo sritį ir technologijas, padedančias tirti. Jie turbūt pirmi suprato, kaip svarbu neužteršti senosios DNR dabartine, vystė metodus, kaip apsaugoti DNR nuo taršos. Jie yra pagrindinis tyrimų centras, nors dabar pasaulyje dirbama daug kur. Mūsų mokslininkai taip pat dalyvauja bendruose projektuose. Jie yra labai norintys padėti mums įkurti savo laboratoriją, kadangi laboratorijos įkūrimas reikalauja ne tik lėšų, bet ir pastangų, norint suburti mokslininkus, kurie norėtų dirbti.
Pas mus sukauptos tikrai didelės kolekcijos, tie klausimai kurie rūpi mūsų populiacijai turėtų būti svarbūs – niekas kitais neateis ir nepradės tirti. O kol kas su kitais mokslininkais bendruose tyrimuose sudalyvaujame fragmentiškai, pagal jų keliamas tematikas. Galbūt prisidedame mėginiais, bet sprendžiame ne savo išsikeltas mintis ir problemas. Mums būtų įdomu tirti, ką mes čia turim. Tad irgi bandysim įkurti gal ir ne tokio dydžio laboratoriją kaip jie, bet nuo kažko pradėsim.
Ar tai būtų ateities tikslas – lietuvių mokslininkams patiems inicijuoti tyrimus?
Taip, nes dabar turime prisitaikyti, prie to ką vykdo užsienio mokslininkai. Jie pavyzdžiui sako – o, mums įdomus geležies amžius, gal turite kokių mėginių iš to laikmečio. Niekas neklausia, kas mums įdomu.
O mes turime virš 10 tūkst. palaikų iš labai įvairių vietų. Žmonės turbūt apie tai žino, tad būtų smagu pradėti tirti visą tą lobyną ir rodyti mūsų visuomenei, ką turime. Juk iš tiesų gyvename ant kaulų, senovinių civilizacijų.
Nuo 2020 m. VU Medicinos fakulteto Biomedicinos mokslų instituto Žmogaus ir medicininės genetikos katedros mokslininkai dalyvavo specialiame projekte, kuriuo buvo siekiama nustatyti Lietuvos Černobylio katastrofos likviduotojų genomo variacijos ypatybes. Žinau, jog ir Jūs dalyvavote šiame projekte. Papasakokite apie savo įspūdžius dalyvaujant šiame tyrime.
Šis tyrimas dar tebevyksta, tos genetinės informacijos yra labai daug. Mokslui yra žinoma genomo seka, bet kas ką daro niekas negali pasakyti.
Pirmiausia turiu pasakyti, jog tai labai svarbi medžiaga, dėl grupės unikalumo. Kalbu apie černobyliečius, kurie išgyveno katastrofą ir gyveno toliau. Apie 7 tūkst. žmonių buvo išsiųsti likviduoti padarinius. Jų registro kaip ir nėra, bet černobyliečių teigimu, apie pusė iš jų dar gyvi.
Aišku, į tyrimą buvo labai sunku prisikviesti žmones – dalis jau yra senyvo amžiaus, gal serga sunkiomis ligomis. Galiausiai pavyko nuskaityti kelių dešimčių genomus. Esame be galo dėkingi tiems, kurie sutiko dalyvauti, paaukoti savo kraujo lašą.
Mokslininkai stengiasi išnaudoti tokias progas, nes juk negali pasikviesti gyvo žmogaus ir išbandyti ant jo radiaciją, pažiūrėti kas bus. Tokie atsitikimai kaip Černobylio avarija ar panašūs yra vadinami kvazi-eksperimentais – tai nebuvo tikras eksperimentas, bet susiklostė tokia situacija, kad gavosi kaip eksperimentas. Černobylio avarija – katastrofa apie kurią visi žinome. Tačiau tokių tyrimų metu iš šios tragiškos situacijos galime sužinoti ką nors naujo ir naudingo.
Mes išsikėlėme hipotezę, kad gal genome yra savybės, leidžiančios žmonėms lengviau prisitaikyti prie stresinės aplinkos, kurią jie patyrė, leidžiantys išlikti santykinai sveikam ir taip pasenti. Šita grupė savo unikalumu tą ir leidžia tirti.
Taigi suradome genetinių sričių, kurios galėtų būti kandidatinės, lemti atsparumą. Kai kurios iš tų sričių yra atsakingos už bendraląstelinį integralumo palaikymą – prižiūri, kad ląstelės būtų atstatomos po pažaidos. Kai kurių žmonių ląstelės atsistato greičiau, nei kitų.
Tokie atradimai gali būti svarbūs ir medicinine prasme – pavyzdžiui, jeigu žmonėms reikia taikyti priešvėžinį gydymą ir mes žinome, kad jų ląstelėse geriau veikia atstatančios sistemos, reikėtų koreguoti gydymą, didinti dozes, kadangi ląstelės labai greitai atsistato. O gydymo tikslas yra nuslopinti ląsteles.
Praėjusiais metais buvo pirmą kartą pilnai nuskenuotas lietuvio genomas. Tuomet paaiškėjo, jog iš neandartaliečių paveldėtas genas padeda kovoti su infekcijomis, kiti palikti genai lemia šviesą odos spalvą, gebėjimą gerai virškinti riebalus ir kitas ypatybes. Žinoma, tai nėra senovės DNR tyrimas, tačiau ar tokia informacija naudinga ir atliekant senovės tyrimus?
Turint tik senovės DNR, tu nelabai gali ką nors pasakyti per se – turi su kažkuo palyginti, kad galėtum pasakyti. Moksle būtina turėti atspirties tašką, kontrolės.
Jeigu darai poveikį, visuomet turi žinoti, kaip buvo iki poveikio. Palyginamasis momentas yra labai svarbus, svarbu ir tirti kelias kartas. Kuo daugiau kartų mes turėsim genetinės medžiagos, tuo geriau galėsime matyti tendencijas – kaip kinta genetinė įvairovė, kokios tendencijos.
Turėdami mėginį senovės mėginį savo duomenų bazėje ir turėdami mėginį iš bendros populiacijos ir juos lygindami, galime pasakyti, kokie yra skirtumai.
Genetika apskritai yra labai susijusi su laiku, nes kiekviena karta atsiranda per tam tikrą laiką, pavyzdžiui bakterijos pasidaugina per 20 min, tad jų viena karta tiek laiko ir trunka. Ir per kiekvieną pasidauginimą įvyksta genetiniai persitvarkymai. Žmogaus generacija yra vidutiniškai 25 metai – tai yra laikotarpis, nuo gimimo, iki kada žmogus susilaukia vaikų. Mums dauginantis taip pat vyksta genetinės įvairovės pakitimai. Tokiu būdu mes vis perduodame tuos pakitimus sekančiai kartai.
