İlk kez Taş Devri’ne tarihlenen moleküller laboratuvarda canlandırıldı.
Bilim’da antropoloji doçenti ve yeni çalışmanın kıdemli yazarlarından Christina Warinner, bu atılımın ancak bilim insanlarının bir ilke daha imza atmasından sonra mümkün olduğunu söyledi: 100.000 yıllık eski mikroorganizmaların genomlarını başarıyla yeniden inşa ettiler. “Bu, bir sonraki en yakın yeniden yapılandırılmış genomdan 90.000 yıl daha yaşlı.”
Aynı zamanda Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü’nde grup lideri olan Warinner, bu başarıya ulaşmak için disiplinler arası bir araştırma ekibiyle çalıştı. Grubun bulguları ve genom yeniden yapılandırma teknikleri, Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan bir makalede özetleniyor.
Biyomoleküler arkeoloji uzmanı olan Warinner, insan vücudunun yaşamı boyunca fosilleşen tek parçası olan antik diş tartarının araştırılmasına öncülük etmiştir. Bir tür kireçlenmiş diş plağı olan tartar, insan iskeletiyle aynı mineralleri içerir ve arkeolojik keşif için benzer hayatta kalma potansiyeline sahiptir. Warinner, “Ve bir kişinin dişlerinde olduğu için, onu o kişi ve onların hayatıyla çok net bir şekilde ilişkilendirebiliriz” dedi.
Yine de, eski dişleri kazımak – “Dişçi muayenehanesindeki aletlerin aynısını kullanıyoruz – bize çok gecikmiş diş hijyenistleri diyebilirsiniz,” dedi Warinner – yalnızca yüksek oranda bozulmuş genetik materyalin parçalarını veriyor. Warinner, “Tipik bir bakteri genomu 3 milyon baz çifti uzunluğundadır, ancak zaman, geri kazandığımız eski DNA’yı ortalama yalnızca yaklaşık 30 ila 50 baz çifti uzunluğunda parçalara ayırır.” “Başka bir deyişle, her antik bakteri genomu 60.000 parçalık bir yapboz gibidir ve her diş taşı parçası milyonlarca genom içerir.”
Bir tür kireçlenmiş diş plağı olan tartar, insan iskeletiyle aynı mineralleri içerir ve arkeolojik keşifler için benzer hayatta kalma potansiyeline sahiptir ve DNA’yı bin yıldan fazla korur.
Şimdiye kadar, bilim adamları bu genetik artıkları, her zaman günümüz türlerinden alınan referans genom veritabanlarıyla eşleştirerek anlamaya çalıştılar. Warinner, tekniğin başarıyla kullanıldığını, ancak sınırlamaların en başından beri açık olduğunu belirtti. “Bu şekilde asla yeni türler veya potansiyel olarak nesli tükenmiş türler bulamazsınız” dedi, “çünkü onu zaten bilinen bir şeyle karşılaştırmakla sınırlısınız.”
Yaklaşık üç yıl önce, Warinner ve ekibi, Pleistosen dönemi bakterilerinin genomlarını yeniden yapılandırmak ve planları uzun süredir kayıp olan bakteriyel metabolitlerini canlandırmak için kullanmak üzere bir “moonshot” projesi için kimyasal ve sentetik biyoloji uzmanlarıyla güçlerini birleştirdi. bir gün terapötik potansiyele sahip biyokimyasalları keşfetmek.
Bunun için grup, sosyal bilimler ve doğa bilimleri genelinde işbirliğini güçlendirmek amacıyla İsviçre merkezli Werner Siemens Vakfı’ndan bir hibe aldı. Warinner, “Başlangıçta bu teknolojiyi 10 yıl içinde geliştirme hedefiyle yola çıktık, ancak en önemli dönüm noktamıza üç yılda ulaştık.”
Araştırmacılar, bir genomun dizili DNA parçalarından dijital olarak tekrar bir araya getirilmesine izin veren, de novo montajı adı verilen mevcut bir genetik teknikle başladılar. Warinner, “Çok fazla veriye sahip olmanızı gerektiriyor çünkü temel olarak parçaları üst üste getiriyorsunuz ve tüm genomu bu parçalardan oluşturmaya çalışıyorsunuz” dedi. “Bunun antik DNA için imkansız olacağı düşünülüyordu çünkü bizim parçalarımız çok küçük ve çok hasarlıydı.”
Warinner ve ortak yazarları, ultra kısa DNA fragmanlarında bir çığır açana kadar tekniği sistematik olarak test etti ve optimize etti. 12 Neandertal (40.000 ila 102.000 yıl öncesine ait) ve 34 insanın (150 ila 30.000 yaşında) diş tartarından toplanan DNA’ya de novo montaj uyguladılar.
Bu, araştırmacıların, çoğunluğunun oral bakteri olduğu bulunan birkaç yüz farklı genomu yeniden yapılandırmasına izin verdi. Warinner, “Olağan şüphelilere ek olarak, daha önce bilinmeyen bazı genomları da yeniden oluşturabildik” dedi. “Yani bu, yeni sözlü türlerin keşfedilmesine yol açtı.”
Yeniden yapılandırılmış genomlar, Pleistosen dönemi tartarında bulunan iki bakteri türü için özellikle yüksek kalitedeydi. Bu genomlar, çok çeşitli kimyasallar üretebilen enzimleri kodlayan – biyosentetik gen kümeleri olarak bilinen – özel bir gen dizisini içerdikleri için daha fazla araştırmanın odak noktası haline geldi. Warinner, “Bakteriler bu şekilde gerçekten karmaşık ve yararlı kimyasallar yapıyor” dedi. “Neredeyse tüm antimikrobiyallerimiz ve ilaç tedavilerimizin çoğu, sonuçta bu tür bakteriyel biyosentetik gen kümelerinden kaynaklanmaktadır.”
Ekip, gen dizilerini yeniden yapılandırdıktan sonra, genetik materyali sentezledi ve canlı bakterilere aktardı, bu da eski genler tarafından kodlanan biyokimyasalları üretmeye başladı. Warinner, “Bu, montajlarımızın doğru olduğunun bir teyidi,” dedi, “çünkü hatalar olsaydı, hiç işe yaramazdı.”
Sırada, muzaffer araştırma ekibi tekniklerini Pleistosen’in kimyasal çeşitliliğini keşfetmeye devam etmek için kullanmayı planlıyor ve sonunda yeni terapötik moleküller – hatta belki bir antibiyotik – üreten türleri keşfetme umuduyla. Warinner, “Artık bu süreci büyütebiliriz,” dedi. “Birdenbire, biyokimyasal geçmiş hakkındaki anlayışımızı büyük ölçüde genişletebiliriz.”
Bilim’da antropoloji doçenti ve yeni çalışmanın kıdemli yazarlarından Christina Warinner, bu atılımın ancak bilim insanlarının bir ilke daha imza atmasından sonra mümkün olduğunu söyledi: 100.000 yıllık eski mikroorganizmaların genomlarını başarıyla yeniden inşa ettiler. “Bu, bir sonraki en yakın yeniden yapılandırılmış genomdan 90.000 yıl daha yaşlı.”
Aynı zamanda Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü’nde grup lideri olan Warinner, bu başarıya ulaşmak için disiplinler arası bir araştırma ekibiyle çalıştı. Grubun bulguları ve genom yeniden yapılandırma teknikleri, Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan bir makalede özetleniyor.
Biyomoleküler arkeoloji uzmanı olan Warinner, insan vücudunun yaşamı boyunca fosilleşen tek parçası olan antik diş tartarının araştırılmasına öncülük etmiştir. Bir tür kireçlenmiş diş plağı olan tartar, insan iskeletiyle aynı mineralleri içerir ve arkeolojik keşif için benzer hayatta kalma potansiyeline sahiptir. Warinner, “Ve bir kişinin dişlerinde olduğu için, onu o kişi ve onların hayatıyla çok net bir şekilde ilişkilendirebiliriz” dedi.
Yine de, eski dişleri kazımak – “Dişçi muayenehanesindeki aletlerin aynısını kullanıyoruz – bize çok gecikmiş diş hijyenistleri diyebilirsiniz,” dedi Warinner – yalnızca yüksek oranda bozulmuş genetik materyalin parçalarını veriyor. Warinner, “Tipik bir bakteri genomu 3 milyon baz çifti uzunluğundadır, ancak zaman, geri kazandığımız eski DNA’yı ortalama yalnızca yaklaşık 30 ila 50 baz çifti uzunluğunda parçalara ayırır.” “Başka bir deyişle, her antik bakteri genomu 60.000 parçalık bir yapboz gibidir ve her diş taşı parçası milyonlarca genom içerir.”
Bir tür kireçlenmiş diş plağı olan tartar, insan iskeletiyle aynı mineralleri içerir ve arkeolojik keşifler için benzer hayatta kalma potansiyeline sahiptir ve DNA’yı bin yıldan fazla korur.
Şimdiye kadar, bilim adamları bu genetik artıkları, her zaman günümüz türlerinden alınan referans genom veritabanlarıyla eşleştirerek anlamaya çalıştılar. Warinner, tekniğin başarıyla kullanıldığını, ancak sınırlamaların en başından beri açık olduğunu belirtti. “Bu şekilde asla yeni türler veya potansiyel olarak nesli tükenmiş türler bulamazsınız” dedi, “çünkü onu zaten bilinen bir şeyle karşılaştırmakla sınırlısınız.”
Yaklaşık üç yıl önce, Warinner ve ekibi, Pleistosen dönemi bakterilerinin genomlarını yeniden yapılandırmak ve planları uzun süredir kayıp olan bakteriyel metabolitlerini canlandırmak için kullanmak üzere bir “moonshot” projesi için kimyasal ve sentetik biyoloji uzmanlarıyla güçlerini birleştirdi. bir gün terapötik potansiyele sahip biyokimyasalları keşfetmek.
Bunun için grup, sosyal bilimler ve doğa bilimleri genelinde işbirliğini güçlendirmek amacıyla İsviçre merkezli Werner Siemens Vakfı’ndan bir hibe aldı. Warinner, “Başlangıçta bu teknolojiyi 10 yıl içinde geliştirme hedefiyle yola çıktık, ancak en önemli dönüm noktamıza üç yılda ulaştık.”
Araştırmacılar, bir genomun dizili DNA parçalarından dijital olarak tekrar bir araya getirilmesine izin veren, de novo montajı adı verilen mevcut bir genetik teknikle başladılar. Warinner, “Çok fazla veriye sahip olmanızı gerektiriyor çünkü temel olarak parçaları üst üste getiriyorsunuz ve tüm genomu bu parçalardan oluşturmaya çalışıyorsunuz” dedi. “Bunun antik DNA için imkansız olacağı düşünülüyordu çünkü bizim parçalarımız çok küçük ve çok hasarlıydı.”
Warinner ve ortak yazarları, ultra kısa DNA fragmanlarında bir çığır açana kadar tekniği sistematik olarak test etti ve optimize etti. 12 Neandertal (40.000 ila 102.000 yıl öncesine ait) ve 34 insanın (150 ila 30.000 yaşında) diş tartarından toplanan DNA’ya de novo montaj uyguladılar.
Bu, araştırmacıların, çoğunluğunun oral bakteri olduğu bulunan birkaç yüz farklı genomu yeniden yapılandırmasına izin verdi. Warinner, “Olağan şüphelilere ek olarak, daha önce bilinmeyen bazı genomları da yeniden oluşturabildik” dedi. “Yani bu, yeni sözlü türlerin keşfedilmesine yol açtı.”
Yeniden yapılandırılmış genomlar, Pleistosen dönemi tartarında bulunan iki bakteri türü için özellikle yüksek kalitedeydi. Bu genomlar, çok çeşitli kimyasallar üretebilen enzimleri kodlayan – biyosentetik gen kümeleri olarak bilinen – özel bir gen dizisini içerdikleri için daha fazla araştırmanın odak noktası haline geldi. Warinner, “Bakteriler bu şekilde gerçekten karmaşık ve yararlı kimyasallar yapıyor” dedi. “Neredeyse tüm antimikrobiyallerimiz ve ilaç tedavilerimizin çoğu, sonuçta bu tür bakteriyel biyosentetik gen kümelerinden kaynaklanmaktadır.”
Ekip, gen dizilerini yeniden yapılandırdıktan sonra, genetik materyali sentezledi ve canlı bakterilere aktardı, bu da eski genler tarafından kodlanan biyokimyasalları üretmeye başladı. Warinner, “Bu, montajlarımızın doğru olduğunun bir teyidi,” dedi, “çünkü hatalar olsaydı, hiç işe yaramazdı.”
Sırada, muzaffer araştırma ekibi tekniklerini Pleistosen’in kimyasal çeşitliliğini keşfetmeye devam etmek için kullanmayı planlıyor ve sonunda yeni terapötik moleküller – hatta belki bir antibiyotik – üreten türleri keşfetme umuduyla. Warinner, “Artık bu süreci büyütebiliriz,” dedi. “Birdenbire, biyokimyasal geçmiş hakkındaki anlayışımızı büyük ölçüde genişletebiliriz.”