Student World

Analýza fosilní DNA

Již koncem minulého století se podařilo prokázat, že se DNA uchovává v biologickém materiálu archeologického stáří (kostech, zubech, vlasech, výkalech) po relativně dlouhou dobu a že je možné ji geneticky analyzovat (pro přehled viz Willerslev – Cooper 2005; Gilbert et al. 2005; Pääbo 2004). Výzkumy zaměřené na lidskou DNA lze rozdělit do několika skupin: a) řešení otázek spojených s původem anatomicky moderního člověka; b) původ současných Evropanů; c) zjištění individuálních charakteristik zemřelých jedinců (pohlaví, příbuznost, zdravotní stav).

Řešení prvního okruhu problémů, především zodpovězení otázky genetického podílu neandertálské populace na utváření současného evropského genofondu (srov. kap. 3.1.7), bylo podmíněno znalostí alespoň části genetické výbavy neandertálců. Nejprve byla izolována mtDNA fosilie z Feldhoferské jeskyně (tj. historicky prvního rozpoznaného nálezu tohoto typu fosilií z údolí Neanderthal: Krings et al. 1997) a později také dalších ostatků neandertálců z nalezišť po celé Evropě (od Kavkazu po Iberský poloostrov). Podobnost všech získaných sekvencí neandertálské mtDNA potvrdila nejen autenticitu izolovaných molekul, ale i charakteristické odlišnosti analyzovaných sekvencí od sekvencí současných lidí.

Neandertálská jaderná DNA byla získána metagenomickými postupy z fosilie z naleziště Vindija v Chorvatsku (Noonan et al. 2006). Na základě srovnávání se šimpanzí a moderní lidskou DNA se ukázalo, že k rozdělení předků anatomicky moderních lidí a neandertálců došlo zhruba před 370 tisíci lety. Výzkum potvrdil i prakticky nulové míšení mezi anatomicky moderními populacemi a neandertálci. Dosavadní výsledky tedy zatím hovoří celkem jednoznačně ve prospěch monocentrické teorie (srov. Černý et al. 2003; Serre et al. 2004; srov. kap. 3.1.8).

V souvislosti s otázkou původu anatomicky moderního člověka je třeba zmínit i nález Lake Mungo 3 z Austrálie, jehož stáří je stanoveno přibližně na 46 tisíc let. Fosilie patří z morfologického hlediska jednoznačně do skupiny anatomicky moderních lidí a souvisí s první vlnou osídlení australského kontinentu. Sekvence mtDNA z Lake Mungo 3 se ale poměrně významnou měrou odlišuje jak od zmíněných sekvencí neandertálských, tak i od všech dosud známých sekvencí současných lidských populací, včetně domorodých obyvatel Austrálie (Adcock et al. 2001). Ačkoliv toto zjištění vyvolalo řadu metodologických pochybností (Cooper et al. 2001), vedlo badatele jednoznačně k otázce, jak vlastně vypadala mtDNA prvních anatomicky moderních lidí v Evropě (tzv. kromaňonců).

První studie, které se podařilo stanovit sekvenci mtDNA kromaňonců, zkoumala dva pozůstatky anatomicky moderních lidí z jižní Itálie, datované do období před 25–23 tisíci lety (Caramelli et al. 2003). Analýzy byly provedeny nezávisle ve dvou laboratořích, přičemž bylo zjištěno, že zkoumaní jedinci jsou z molekulárně biologického hlediska téměř nerozlišitelní od současných Evropanů. Po zveřejnění výsledků se mezi badateli rozvinula diskuse o tom, v jaké míře jsou archeogenetická zjištění tohoto typu věrohodná (Abbott 2003; Barbujani – Bertorelle 2003). Hlavním problémem je skutečnost, že vzhledem k podobnosti mezi zkoumanou a moderní DNA nelze ani za nejpřísnějších antikontaminačních opatření vyloučit možnost falešného výsledku. Pochybnosti posílily i studie renomovaného archeogenetického pracoviště, které detekovaly přítomnost lidské (sapientní) DNA ve vzorcích již dříve zkoumaných neandertálců, což ukazuje na velmi vysoké riziko kontaminace tohoto typu materiálu (Green et al. 2006; Serre et al. 2004).

V rámci druhého okruhu problémů se navzdory všeobecné skepsi vůči studiu mtDNA pravěkých populací v poslední době podařilo pomocí DNA částečně osvětlit populační historii Evropy posledních osmi tisíciletí (Haak et al. 2005). Úspěšná genetická analýza 24 neolitických jedinců (stáří 5500–5000 př. Kr.) ze šestnácti lokalit v Německu, Rakousku a Maďarsku odhalila, že 25 % neolitických zemědělců mělo zvláštní typ mtDNA (haploskupina N1a), který se v dnešní evropské populaci vyskytuje velice vzácně (0,2 %). Na základě počítačových simulací autoři usoudili, že první neolitičtí zemědělci nemohli do moderního evropského mtDNA genofondu nijak významně přispět, a potvrdili tak výsledky archeogenetických studií mtDNA současných populací (viz výše).

Třetím tematickým okruhem je zkoumání individuálních charakteristik pravěkých jedinců. Morfologické metody biologické antropologie jsou schopny poskytnout řadu informací o zemřelém (pohlaví, věk, fyzické charakteristiky, zdravotní stav), v některých případech je ale nelze použít. Je to tehdy, kdy je zachována jen malá část kostry, chceme-li určit pohlaví nedospělého jedince nebo zjistit příbuzenské vztahy mezi jedinci. Pomocí analýzy DNA lze na některé otázky dát buď úplnou, nebo alespoň částečnou odpověď.

Pohlaví lze geneticky určit analýzou molekulárních odlišností pohlavních chromozomů X a Y (Brown 1998). U nás bylo úspěšně určeno např. osmnáct dospělých koster ze středověkého pohřebiště v Žatci (Bromová et al. 2003) a dvacet dětských koster z raně středověkého pohřebiště v Klecanech (Profantová et al., v tisku).

Zjištěná převaha chlapců v dětských hrobech na posledně zmíněném pohřebišti ukazuje na pohlavně specifický pohřební ritus dětí, dokládaný i z pozdně římských a neolitických pohřebišť (Faerman et al. 1998; Smith et al. 1999). Určení příbuzenství z DNA je vzhledem k její celkové degradaci technicky podstatně náročnější. V případě biologického materiálu archeologického stáří z oblastí mírného klimatu lze proto příbuzenské vztahy stanovit zatím pouze nepřímo – sourozenci, resp. matka a její potomci, by měli sdílet identickou mtDNA; pokud tomu tak není, může se jejich příbuzenský vztah vyloučit (např. Dissing et al. 2007). Shoda výsledků příbuzenství potvrdit nemůže, protože v populaci je poměrně velké procento vzájemně nepříbuzných jedinců se stejnou mtDNA.

Některým archeogenetickým výzkumům pohřebišť z chladných oblastí Sibiře nebo Grónska, kde je díky klimatickým podmínkám zachovalost DNA vyšší, se podařilo zjistit příbuzenství pohřbených jedinců přímo, prostřednictvím systému STR (Amory et al 2006).

Komplexní archeogenetická analýza byla provedena v případě alpského nálezu tzv. „ledovcového muže“, zvaného též Ötzi. Stáří nálezu bylo stanoveno na 3350–3100 let a díky chladným a neměnícím se teplotním podmínkám zůstalo tělo (i DNA) dobře zachováno. Kromě určení mtDNA haploskupiny (K1) byla geneticky analyzována potrava i mikrobiální flora v zažívacím traktu této mumie (Rollo et al. 2002; 2006).

Detekce původců infekčních chorob

Přínos molekulární genetiky v archeologii spočívá i v identifikaci DNA sekvencí specifických pro původce infekčních onemocnění. Do doby objevu DNA se zaznamenávala paleoepidemiologická data infekčních nemocí, které se specificky (syfilis, tuberkulóza, lepra) či nespecificky (kostní záněty) projevují na kosterním materiálu.

Molekulárně biologické techniky umožnily rozšířit toto spektrum o infekční choroby, jejichž průběh bývá tak rychlý, že se jejich projev na kostech nestačí odrazit (např. mor, cholera aj.). V kostrovém materiálu lze totiž detekovat specifickou DNA samotného původce onemocnění. Detekce DNA infekčního agens a analýza jeho genetického kódu tak umožňují systematičtější pohled na původ a šíření infekčních chorob.

Mezi úspěšné analýzy aDNA patogenu patří detekce specifického úseku DNA Mycobacterium tuberculosis z kostí, které z paleopatologického hlediska tuberkulózní změny skutečně vykazovaly (Spigelman – Lemma 1993). Daný patogen tedy zanechal na „místě činu“ kromě kosterních deformit i svou DNA. Co se týče mykobakteriálních DNA sekvencí, je však třeba brát ohled na riziko falešně pozitivních výsledků způsobených blízce příbuznými mikroorganismy, jako jsou Mycobacterium gordonae či Mycobacterium aurum, které jsou přítomny v zemi a mohou vzorek kosti kontaminovat (Hummel – Herrmann 1995). To pochopitelně platí i pro nedávno učiněný nález lepry, neboť toto onemocnění je rovněž způsobeno rodem Mycobacterium (Rafi et al. 1994a; 1994b; Haas et al. 2000; Montiel et al. 2003; Likovský et al. 2006).

V nedávné době se také podařilo prokázat přítomnost DNA sekvencí specifických pro bakterii Yersinia pestis způsobující mor (Drancourt et al. 1998; Raoult et al. 2000; Drancourt – Raoult 2002; Wiechmann – Grupe 2005). To je pro archeologii velmi přínosné, neboť morová infekce se na lidském skeletu neprojevuje, a molekulárně genetický důkaz je tedy jedinou možností, jak toto onemocnění u pravěkých či středověkých populací doložit. V této souvislosti je třeba připomenout, že historické prameny hovoří o třech významných epidemiích tohoto onemocnění. První, tzv. „justiniánský mor“, spadá do doby kolem 500 n. l., druhá, která zahubila až jednu třetinu obyvatel Evropy, do 14. století a třetí, která zasáhla rozlehlé oblasti severní Číny, proběhla na konci 19. století. V současné době jsou známy tři biovary Yersinia pestis – antiqua, medievalis a orientalis – a předpokládá se, že každý z nich byl v historii zodpovědný za jednu z výše zmíněných epidemií. Tento předpoklad se podařilo u vzorků ze 14.–18. století z oblasti francouzské Provence (Drancourt et al. 1998) ověřit. Zjištěná sekvence DNA Yersinia pestis se shodovala s biovarem medievalis. Vzhledem k tomu, že řada dalších onemocnění může mít podobný a velmi dramatický průběh (např. SARS), nelze vyloučit, že některé epidemie, původně považované za morové, byly vyvolány i nějakým jiným patogenem než původcem moru (Gilbert et al. 2004).

Archeologie a genetika

Evropa má mezi ostatními kontinenty poněkud zvláštní postavení. Je sice velmi dobře geneticky zmapovaná, ale výsledky archeogenetického šetření jsou poměrně obtížně interpretovatelné. Může to být dáno i tím, že evropské populační vzorky byly definovány v řadě případů podle státních útvarů, v jejichž rámci žije mnohdy etnicky různorodé obyvatelstvo. Tento nedostatek se snaží překonat studie regionálního rozsahu, při nichž jsou při formování populačního vzorku brány v potaz i data etnografická, historická a archeologická. Ukazuje se, že i ty populace, které se od evropského průměru vždy silně odlišovaly, vznikly nejspíše jen biologickou izolací (Tambets et al. 2004).

Tento text je úryvkem z knihy Archeologie pravěkých Čech – 1. díl: Pravěký svět a jeho poznání, editor Martin Kuna

O knize

Elektronická objednávka

autor