Archaeogenetika

Az archeogenetika (az archeo- + genetikából ) a molekuláris genetika olyan tudományterülete , amelyben a populációgenetika módszereit alkalmazzák az emberiség történetének tanulmányozására. Az "archeogenetika" kifejezést Colin Renfrew brit régész alkotta meg .

1963-ban Emil Zuckerkandl és Linus Pauling vegyész javasolta a "paleogenetika" kifejezést, az új tudományág "keresztapja" pedig Svante Paabo biológus volt , aki 2022-ben Nobel-díjat kapott eredményeiért.

Az archeogenetika módszerei különösen a következők:

• a régészeti maradványokból nyert DNS elemzése ( ősi DNS );
• modern populációk (emberek, házi növények és állatok) DNS-ének elemzése az emberi múlt és a bioszférával való emberi interakció genetikai örökségének tanulmányozása céljából;
• a molekuláris genetika statisztikai módszereinek alkalmazása régészeti adatokra.

Az archeogenetika előfutára a vércsoportok tanulmányozása és a klasszikus genetikai markerek , valamint a nyelvi és etnikai csoportok közötti kapcsolatok korai munkája volt . Az első ilyen irányú kutatók közé tartozik Ludwik Hirschfeld és Hanka Hirschfeld , William Boyd és Arthur Muran . Az 1960-as évektől Luigi Luca Cavalli-Sforza klasszikus genetikai markereket használt Európa történelem előtti népességének tanulmányozására , aminek eredményeként 1994-ben megjelent az Emberi gének története és földrajza című tanulmánya.

Újabban a genetikusok elemezték az összes főbb haszonnövény (például búza, rizs, kukorica) és háziállatok (például tehenek, kecske, sertés, ló) genetikai történetét. A háziasításuk és az azt követő tenyésztésük kronológiájára és biogeográfiájára vonatkozó modelleket javasoltak, többnyire mitokondriális DNS -adatokon alapulva .

Antonio Amorim az "archeogenetika" kifejezést kizárólag az antropogenezis genetikai adataira hivatkozva használta . Linus Pauling és Emil Zuckerkandl egy nagyon ambiciózus koncepciót terjesztett elő a kihalt fajok genetikai módszerekkel történő helyreállítására .

Korai munka

Ludwik Hirschfeld (1884-1954)

Ludwik Hirschfeld lengyel mikrobiológus és szerológus volt, a vérátömlesztésről szóló második nemzetközi kongresszus vércsoport-szekciójának elnöke. 1910-ben Erich von Dungernnel együtt megalapította a vércsoport-öröklés módszerét, és élete során számos hozzájárulást nyújtott ehhez a módszerhez. [1] Az ABO vércsoportokat tanulmányozta . Hirsfeld egyik tanulmányában 1919-ben dokumentálta a macedón fronton élő emberek ABO vércsoportját és hajszínét, ami arra a felfedezésre vezetett, hogy a hajszín és a vércsoport között nincs összefüggés . Ezen túlmenően azt vette észre, hogy az A vércsoport Nyugat-Európából Indiába , és fordítva a B vércsoport esetében csökkent. Felvetette, hogy a keletről nyugatra tartó vércsoportok aránya két vércsoportból származik , amelyek főként a következőkből állnak: A vagy B mutáció az O vércsoportból és keveredik vándorlással vagy keveréssel. Munkásságának nagy részét a vércsoportok nemhez, betegséghez, éghajlathoz, korhoz, társadalmi osztályhoz és fajhoz való viszonyának tanulmányozása szentelte. Munkája során felfedezte, hogy a peptikus fekély dominánsabb az O-vércsoportban, és hogy az AB-vércsoportú anyáknál a születéskor magas volt a férfi-nő arány. [2] [3]

Arthur Morant (1904–1994)

Arthur Morant brit hematológus és vegyész volt . Számos díjat kapott, nevezetesen a Royal Society ösztöndíját . Munkája magában foglalta a vércsoportok génjeinek gyakoriságára vonatkozó meglévő adatok rendszerezését, és számos populáció vércsoportjainak tanulmányozásával jelentős hozzájárulást nyújtott a világ genetikai térképéhez . Morant új vércsoport - antigéneket fedezett fel a Lewis, Henshaw, Kell és Macaque rendszereken, valamint elemezte a vércsoport-asszociációkat és számos egyéb betegséget. A polimorfizmusok biológiai jelentőségére is összpontosított . Munkája az archeogenetika alapját adta, mivel hozzájárult az emberek közötti biológiai kapcsolatokra vonatkozó genetikai adatok megosztásához. Olyan anyagokat is szolgáltatott, amelyek felhasználhatók a populációgenetikai elméletek értékeléséhez. [négy]

William Boyd (1903–1983)

William Boyd amerikai immunkémikus és biokémikus volt, aki az 1950- es években a fajgenetikai kutatásaival vált híressé . [5] Az 1940-es években Boyd és Carl O. Renkonen egymástól függetlenül felfedezték, hogy a lektinek eltérően reagálnak a különböző vércsoportokra, és hogy a nyirokbab és taft bükköny nyers kivonata agglutinálja az A vércsoport vörösvérsejtjeit , de nem a B vércsoportból vagy nem. O. Ez végül több ezer, ezeket a fehérjéket tartalmazó növény felfedezéséhez vezetett . [6] A faji különbségek, valamint a különböző faji csoportok elterjedésének és vándorlási mintáinak tanulmányozása érdekében Boyd szisztematikusan vérmintákat gyűjtött és osztályozott a világ minden tájáról, ami arra vezetett, hogy felfedezte, hogy a vércsoportokat nem befolyásolja a környezet, és örökletesek. A Genetics and the Human Races (1950) című könyvében Boyd 13 különböző fajra osztotta a világ lakosságát különböző vércsoportprofiljaik és azon elképzelése alapján, hogy az emberi fajok különböző allélokkal rendelkező populációk. [7] Az egyik leggyakoribb információforrás a rasszhoz kapcsolódó örökletes tulajdonságokról továbbra is a vércsoportok tanulmányozása. [nyolc]

Módszerek

A fosszilis DNS megőrzése

A kövületek keresése az ásatási hely kiválasztásával kezdődik. A lehetséges ásatási helyeket általában a hely ásványtanával és a területen található csontok vizuális felfedezésével azonosítják. Vannak azonban más módszerek is a feltárt területek kimutatására olyan technológiák segítségével, mint a hordozható röntgenfluoreszcencia a helyszínen [9] és a sűrű sztereó rekonstrukció. [10] A használt eszközök közé tartoznak a kések, kefék és hegyes simítók, amelyek segítik a kövületek eltávolítását a földről. [tizenegy]

Az ősi DNS -sel való szennyeződés elkerülése érdekében a mintákat kesztyűben kell kezelni, és felfedezésük után azonnal –20 °C-on kell tárolni. Ha gondoskodik arról, hogy a fosszilis mintát olyan laboratóriumban elemezzék, amelyet nem használtak más DNS-elemzésre, az is megelőzheti a szennyeződést. A csontokat porrá őröljük és oldattal kezeljük a polimeráz láncreakció (PCR) folyamat előtt. [12] A DNS-amplifikációhoz szükséges mintáknak nem kell fosszilis csontoknak lenniük. A sóval tartósított vagy levegőn szárított tartósított bőr bizonyos helyzetekben is használható. [13]

A DNS megőrzése nehézkes, mert a csontfosszília romlik, és a DNS kémiailag módosul, általában a talajban lévő baktériumok és gombák hatására. A legjobb időpont a DNS kinyerésére egy kövületből, amikor azt éppen feltárták, mivel hatszor több DNS-t tartalmaz, mint a tárolt csontok. Az extrakciós hely hőmérséklete is befolyásolja a nyert DNS mennyiségét, amit a DNS- amplifikáció sikerének csökkenése bizonyít, ha melegebb régiókban találnak kövületeket. A kövületek környezetében bekövetkezett drámai változás hatással van a DNS megőrzésére is. Mivel a feltárás drasztikus változásokat okoz a kövületek környezetében, fizikai és kémiai változásokhoz vezethet a DNS-molekulában. Ezenkívül más tényezők, mint például a szennyezetlen kövületek kezelése (például mosás, ecsettel és napon szárítás), ph, besugárzás , csont- és talajkémia , valamint hidrológia szintén befolyásolják a DNS-megtartást . A tartósításnak három diagenetikai fázisa van. Az első fázis a bakteriális rothadás, amely a becslések szerint 15-szörös DNS-lebomlást okoz. 2. fázis - amikor a csont kémiailag elpusztul, főként tisztítással. A harmadik diagenetikai fázis a kövület visszanyerése és tárolása után következik be, ebben a fázisban megy végbe a leggyorsabban a csont DNS pusztulása. [tizennégy]

DNS-kivonási módszerek

Amint egy régészeti lelőhelyről mintát vesznek, a DNS számos eljárással kinyerhető. [15] Az egyik legelterjedtebb módszer a szilíciumot és a polimeráz láncreakció előnyeit használja az ősi DNS csontmintákból történő gyűjtésére. [16]

Számos probléma növeli a nehézségeket, amikor megpróbálják kinyerni az ősi DNS-t a kövületekből, és előkészíteni az elemzésre. A DNS folyamatosan bomlik. Amíg a szervezet él, ezek a repedések helyreállnak; azonban, ha a szervezet elpusztult, a DNS elkezd lebomlani, anélkül, hogy megjavítanák. Ennek eredményeként a minták körülbelül 100 bázispár hosszúságú DNS-szálakat tartalmaznak. A szennyeződés egy másik nagy probléma a folyamat több szakaszában. Gyakran más DNS, például bakteriális DNS is jelen lesz az eredeti mintában. Számos óvintézkedést kell tenni a szennyeződés elkerülése érdekében, például külön szellőzőrendszereket és munkatereket kell kialakítani az ősi DNS-kinyerési munkákhoz. [17] A legjobb példányok a friss kövületek, mivel a gondatlan mosás penészgomba kialakulásához vezethet . [15] A kövületekből származó DNS néha olyan vegyületet is tartalmaz, amely gátolja a DNS-replikációt. [18] A minták egyedisége miatti ismételhetőség hiánya miatt is nehéz konszenzusra jutni abban, hogy mely módszerek a legjobbak a problémák enyhítésére. [17]

A szilícium-dioxid-alapú DNS-kivonás egy tisztítási lépésként alkalmazott technika a régészeti csontműtermékek DNS-ének izolálására, és olyan DNS előállítására, amely polimeráz láncreakciós (PCR) technikákkal amplifikálható. [18] Ez a folyamat úgy működik, hogy szilícium-dioxidot használ a DNS megkötésére és a fosszilis folyamat egyéb összetevőitől való elválasztására, amelyek gátolják a PCR -amplifikációt . A szilícium-dioxid azonban maga is erős PCR - inhibitor , ezért ügyelni kell arra, hogy a szilícium-dioxidot az extrakció után eltávolítsák a DNS-ből. [19] A szilícium-dioxid-alapú módszerrel végzett általános DNS-kivonási eljárás leírása a következő: [16]

1. A csontmintát megtisztítjuk és a külső réteget lekaparjuk
2. A mintát lehetőleg tömör részből gyűjtjük
3. A mintát finom porrá őröljük, és az extrakciós oldathoz adjuk, hogy a DNS felszabaduljon.
4. Szilícium-dioxid-oldatot adunk hozzá, és centrifugáljuk, hogy megkönnyítsük a DNS-kötést
5. A kötőoldatot eltávolítjuk, és puffert adunk az oldathoz, hogy a DNS-t felszabadítsuk a szilícium-dioxidból.

A szilícium-dioxid alapú DNS-kivonás egyik fő előnye, hogy viszonylag gyors és hatékony, csupán alapvető laboratóriumi beállításokat és vegyszereket igényel . Ez független a minta méretétől is, mivel a folyamat méretezhető kisebb-nagyobb mennyiségek befogadására. További előnye, hogy az eljárás szobahőmérsékleten is végrehajtható. Ennek a módszernek azonban vannak hátrányai. A szilícium-dioxid alapú DNS-kivonás alapvetően csak csont- és fogmintákon alkalmazható; lágy szöveteken nem használhatók. Noha jól működnek számos kövületen, kevésbé hatékonyak lehetnek a nem friss kövületeken (például a múzeumok számára feldolgozott kövületeken ). Ezenkívül a szennyeződés kockázatot jelent a DNS-replikáció egészére nézve, és ez a módszer félrevezető eredményekhez vezethet, ha szennyezett anyagon alkalmazzák. [16]

A polimeráz láncreakció  egy olyan folyamat, amely képes felerősíteni a DNS szegmenseit, és gyakran használják visszanyert ősi DNS -en . Három fő lépése van: denaturáció , lágyítás és expanzió. A denaturáció magas hőmérsékleten két különálló szálra hasítja a DNS-t. Az annealing során a DNS primer szálakat egyetlen szálhoz kapcsolják, amely lehetővé teszi a Taq polimeráz DNS -hez való kötődését . A terjeszkedés akkor következik be, amikor Taq polimerázt adnak a mintához, és a bázispárokat összeillesztve két egyedi szálat két teljes kettős szálgá alakítanak. [15] Ez a folyamat sokszor megismétlődik, és általában többször is megismétlődik, ha ősi DNS-sel használják. [20] Néhány probléma a PCR-rel, hogy a rövid szekvenciák miatt átfedő primerpárokra van szükség az ősi DNS-hez. Előfordulhat "ugrásos PCR" is, amely a PCR folyamat során rekombinációt okoz, ami megnehezítheti a DNS elemzését heterogén mintákban.

DNS-elemzési módszerek

A kövületekből kinyert DNS-t főként masszív párhuzamos szekvenálás [21] segítségével szekvenálják, amely lehetővé teszi a mintában lévő összes DNS - szegmens egyidejű amplifikációját és szekvenálását , még akkor is, ha az erősen fragmentált és alacsony koncentrációjú. [22] Ez azt jelenti, hogy minden egyes szálhoz közös szekvenciát kapcsolnak, amelyhez a közös primerek kötődhetnek , és így az összes jelenlévő DNS amplifikálódik. Általában drágább és időigényesebb, mint a PCR , de az ősi DNS-amplifikációval kapcsolatos nehézségek miatt olcsóbb és hatékonyabb. [22] Az egyik , Margulies és munkatársai által kifejlesztett, masszívan párhuzamos szekvenálási módszer gyöngyemulziós PCR-t és piroszekvenálást használ [23] , és hatékonynak találták a DNS-elemzésben, mivel elkerüli a lehetséges mintaveszteséget, a mátrixon túli kompetíciós szubsztrátot és a hibaterjedést a folyamat során. replikáció . [24]

A DNS-szekvencia elemzésének legáltalánosabb módja az, hogy összehasonlítjuk egy más forrásból származó ismert szekvenciával, és ezt különböző célokra többféleképpen is megtehetjük.

Lásd még

• genetikai genealógia
• DNS-vizsgálaton átesett múmiák
• Paleoantropológia
• Ősi DNS
• DNS szekvenálás

Irodalom

• Cann, RL, Stoneking, M. és Wilson, AC, 1987, Mitochondrial DNA and human evolution, Nature 325; 31-36
• Cavalli-Sforza, LL, Menozzi, P. és Piazza, A., 1994, The History and Geography of Human Genes . Princeton: Princeton University Press.
• Renfrew, AC, és Boyle, KV, (szerk.), 2000, Archaeogenetics: DNA and the populationprehistory of Europe . Cambridge: McDonald Institute for Archaeological Research.
• Indiai Genom Variációs Konzorcium. India népének genetikai tája: vászon a betegségek génfeltárásához  //  Journal of Genetics : folyóirat. - 2008. - Vol. 87 , sz. 1 . - P. 3-20 . [egy]
• Amorim A (1999) Archaeogenetics. Journal of Iberian Archaeology 1:15-25
• Pauling L, Zuckerkandl E (1963): Kémiai paleogenetika: kihalt életformák molekuláris helyreállítási vizsgálatai. Acta Chem. Scand 17:89
• Molekuláris Genetikai Laboratórium, McDonald Institute for Archaeological Research
• S. Borinskaya. Eredmények és jellemzők az ősi DNS-sel és összetett igazságügyi szakértői mintákból származó DNS-sel végzett munka során

Megjegyzés

1. ↑ Steffen Katrin (2013). „Szakértelem és modernizáció: Nemzeti egészségügyi ellátás Lengyelországban a huszadik század első felében” Archiválva : 2020. július 13. a Wayback Machine -nél . Jahrbücher für Geschichte Osteuropas.
2. ↑ T. M. Allan, (1963), "Hirschfeld and the ABO Blood Types" Archiválva : 2022. április 19., a Wayback Machine , British Journal of Preventive and Social Medicine
3. ↑ Ludwik Hirschfeld – Nagy Orvosi Enciklopédia . Letöltve: 2022. június 2. Az eredetiből archiválva : 2021. január 21. (határozatlan)
4. ↑ Derek F. Roberts, (1997), "Nekrológ: Arthur Morant (1904-1994)". Emberi biologia.
5. ↑ Monk Ray, (2014), Robert Oppenheimer: Life at the Center Archiválva : 2020. július 13. a Wayback Machine -nél .
6. ↑ Espino-Solis, Gerardo Pavel, (2015), "Lectins: A Brief Review."
7. ↑ Boyd, William Clouser, (2016), Star-Lord, CreateSpace-Independent Publishing Platform.
8. ↑ Parry, Melanie (1997). "A fényképezőgépek életrajzi szótára (Bio Ref Bank)"
9. ↑ Cohen, David R.; Cohen, Emma J.; Graham, Ian T.; Soares, Georgia G.; Hand, Suzanne J.; Archer Michael (2017. október). "Gerincses fosszíliák geokémiai feltárása terepi hordozható röntgensugarak segítségével". Journal of Geochemical Research.
10. ↑ Callieri, Marco; Dell'Unto, Nicolò; Dellepiane, Matteo; Scopigno, Roberto; Söderberg, Bengt; Larsson, Lars (2011). A régészeti lelőhely dokumentációja és értelmezése: tapasztalat sűrű sztereó rekonstrukciós eszközökkel archiválva 2019. március 31-én a Wayback Machine -nél
11. ↑ Brothwell, Don R. (1981). A csontok felásása: Az emberi csontvázmaradványok feltárása és tanulmányozása. Cornell University Press, pp. 2-3.
12. ↑ Michael Scholz; Lutz Bachman; Graham J. Nicholson; Bachman, Jutta; Giddings, Jan; Rüschhoff-Thalé, Barbara; Czarnetzki, Alfred; Push, Carsten M. (2000-06-01). "A neandervölgyiek és anatómiailag modern emberek genomiális megkülönböztetése lehetővé teszi a morfológiailag megkülönböztethetetlen emberszabású csontok osztályozását a fosszilis DNS alapján" Archiválva : 2022. április 19., a Wayback Machine , American Journal of Human Genetics .
13. ↑ Yang, H.; Golenberg E. M. Shoshani J. (1997. június). "Proboscis DNS múzeumi és fosszilis mintákból: A DNS izolálás és amplifikáció ősi technikáinak értékelése". Biokémiai genetika .
14. ↑ Michael Scholz; Lutz Bachman; Graham J. Nicholson; Bachman, Jutta; Giddings, Jan; Rüschhoff-Thalé, Barbara; Czarnetzki, Alfred; Push, Carsten M. (2000-06-01). "A neandervölgyiek és anatómiailag modern emberek genomiális megkülönböztetése lehetővé teszi a morfológiailag megkülönböztethetetlen emberszabású csontok osztályozását a fosszilis DNS alapján" Archiválva : 2022. április 19., a Wayback Machine , American Journal of Human Genetics .
15. ↑ 1 2 3 Erica Hagelberg; J. B. Clegg, (1991-04-22). „A DNS izolálása és jellemzése régészeti csontból” Archiválva : 2019. március 31. , a Wayback Machine , a Londoni Királyi Társaság udvara.
16. ↑ 1 2 3 Nadine Roland; Michael Hofreiter, (2007. július), "Ősi DNS-kinyerés csontokból és fogakból." A természet jegyzőkönyvei .
17. ↑ 1 2 O. Handt; M. Hess; M. Krings; S. Paabo, (1994-06-01). "Ősi DNS: módszertani kérdések".
18. ↑ 1 2 M. Hoss; S. Paabo, (1993-08-11). "DNS extrakció pleisztocén csontokból szilícium-dioxid alapú tisztítási módszerrel". Archivált : 2019. július 2. a Wayback Machine Nukleinsavkutatásban.
19. ↑ Dongya Yang; Barry Ang; John S. Way; J. Christopher Dudar; Shelley R. Saunders, (1998-04-01). "Javított DNS-kivonás ősi csontokból szilícium-dioxid alapú spin oszlopok segítségével". American Journal of Physical Anthropology.
20. ↑ Abigail Bowman; Frank Rühli, (2016-09-01). "Archeogenetika az evolúciós gyógyászatban". Journal of Molecular Medicine .
21. ↑ Svante Paabo; Hendrik Poinar; David Serre; Juliana Hebler; Nadine Roland; Melanie Cooch; Johannes Krause és munkatársai (2004). "Genetikai elemzések az ősi DNS-ből". Genetikai Éves Szemle.
22. ↑ 1 2 Abigail Bowman; Frank Rühli, (2016-09-01). "Archeogenetika az evolúciós gyógyászatban". Journal of Molecular Medicine.
23. ↑ Marcel Margulis; Michael Egholm; William E. Altman; Mondta Attiya; Joel S. Bader; Lisa A. Bemben; Jan Berka; Michael S. Braverman. (2005-09-15). "Genomszekvenálás nagy áteresztőképességű, nagy sűrűségű pikoliteres reaktorokban". Természet .
24. ↑ Green, Richard E.; Krause, Johannes; Ptak, Susan E.; Briggs, Adrian W.; Ronan, Michael T.; Simons, Jan F.; Du, Lei; Egholm, Michael; Rothberg, Jonathan M. (2006-11-16). "A neandervölgyi DNS egymillió bázispárjának elemzése". Természet .

Linkek

Bibliográfiai katalógusokban	GND : 1186017988