Četiri istraživačka članka objavljena u časopisu Nature prate genetske tragove i geografsko poreklo ljudskih bolesti daleko u prošlost. Analize pružaju detaljne slike praistorijske ljudske raznolikosti i migracije, dok predlažu objašnjenje za porast genetskog rizika od multiple skleroze (MS).
Analizom podataka iz najvećeg svetskog skupa podataka do sada o 5.000 drevnih ljudskih genoma iz Evrope i zapadne Azije (Evroazije), novo istraživanje je otkrilo praistorijske ljudske genske fondove zapadne Evroazije u detaljima bez presedana.
Rezultati su predstavljeni u četiri članka objavljena u istom broju časopisa Nature od strane međunarodnog tima istraživača predvođenih stručnjacima sa Univerziteta u Kopenhagenu i doprinosima od oko 175 istraživača sa univerziteta i muzeja u Velikoj Britaniji, SAD, Nemačkoj, Australiji, Švedskoj. , Danska, Norveška, Francuska, Poljska, Švajcarska, Jermenija, Ukrajina, Rusija, Kazahstan i Italija. Mnogi istraživači predstavljaju širok spektar naučnih disciplina, uključujući arheologiju, evolucionu biologiju, medicinu, istraživanje drevne DNK, istraživanje zaraznih bolesti i epidemiologiju.
Istraživačka otkrića predstavljena u člancima Nature zasnovana su na analizama podskupa od 5.000 genoma i uključuju:
Skup podataka bez presedana od 5.000 drevnih ljudskih genoma rekonstruisan je pomoću analize kostiju i zuba koji su dostupni kroz naučno partnerstvo sa muzejima i univerzitetima širom Evrope i zapadne Azije. Napor za sekvenciranje je postignut korišćenjem snage Illumina tehnologije.
Starost primeraka kreće se od mezolita i neolita preko bronzanog doba, gvozdenog doba i perioda Vikinga do srednjeg veka. Najstariji genom u skupu podataka je od osobe koja je živela pre otprilike 34.000 godina.
„Prvobitni cilj projekta drevnih ljudskih genoma bio je da se rekonstruiše 1.000 drevnih ljudskih genoma iz Evroazije kao novi precizan alat za istraživanje poremećaja mozga“, kažu tri profesora Univerziteta u Kopenhagenu, koji su 2018. došli na ideju za DNK. skup podataka, i prvobitno je izložio koncept projekta: Eske Villerslev, stručnjak za analizu drevne DNK, zajedno na Univerzitetu u Kembridžu, i direktor projekta; Thomas Verge, stručnjak za genetske faktore koji leže u osnovi mentalnih poremećaja, i šef Instituta za biološku psihijatriju koji pruža usluge mentalnog zdravlja u glavnom gradu Danske; i Rasmus Nielsen, stručnjak za statističke i računarske analize drevne DNK, zajedno na Univerzitetu Kalifornije, Berkli, u SAD.
Cilj je bio da se proizvede jedinstveni drevni skup genomskih podataka za proučavanje tragova i genetske evolucione istorije moždanih poremećaja što je moguće dalje u prošlost kako bi se steklo novo medicinsko i biološko razumevanje ovih poremećaja. Ovo je trebalo da se postigne upoređivanjem informacija iz drevnih DNK profila sa podacima iz nekoliko drugih naučnih disciplina.
Među poremećajima mozga trojica profesora koji su prvobitno identifikovani kao kandidati za ovo istraživanje su neurološka stanja kao što su Parkinsonova bolest, Alchajmerova bolest i multipla skleroza, zajedno sa mentalnim poremećajima kao što su ADHD i šizofrenija.
Godine 2018, tri profesora su se zatim obratila Lundbeck fondaciji — velikoj danskoj istraživačkoj fondaciji — za finansiranje sastavljanja posebnog skupa podataka o DNK. Njima je dodeljen petogodišnji grant za istraživanje u ukupnom iznosu od 60 miliona DKK (oko 8 miliona evra) za projekat, koji je trebalo da se koordiniše na Univerzitetu u Kopenhagenu preko novoosnovanog centra, kasnije nazvanog GeoGenetički centar Lundbek fondacije.
„Razlog za dodelu tako velikog granta za istraživanje ovom projektu, kao što je Fondacija Lundbek uradila još 2018. godine, bio je taj da bi, ako bi sve funkcionisalo, predstavljalo putokaz za sticanje dubljeg razumevanja kako genetska arhitektura leži u osnovi. poremećaji mozga su evoluirali tokom vremena. A poremećaji mozga su naše specifično područje fokusa“, kaže Jan Egebjerg, direktor istraživanja, Lundbeck Foundation.
Fondacija Lundbeck takođe podržava iPISCH konzorcijum, jednu od najvećih globalnih studija o genetskim i ekološkim uzrocima mentalnih poremećaja kao što su autizam, ADHD, šizofrenija, bipolarni poremećaj i depresija, gde je fokus takođe na izradi genetskih profila rizika za ove poremećaje. što preciznije.
Rezultati objavljeni u Nature, potkrepljeni su poređenjem drevnog skupa genomskih podataka sa deidentifikovanim genetskim podacima iz velikog danskog iPISCH konzorcijuma i DNK profilima 400.000 današnjih pojedinaca registrovanih u UK Biobank.
Premisa za projekat je bila eksperimentalna, priča profesor Verge. „Želeli smo da prikupimo drevne ljudske primerke da vidimo šta možemo da izvučemo od njih, kao što je pokušaj da razumemo neke od ekoloških pozadina kako su se bolesti i poremećaji razvili. Kako ja to vidim, činjenica da je projekat preuzeo tako ogroman, složen proporcije koje je priroda želela da se opiše u četiri članka prilično su jedinstvene.“
Profesor Villerslev komentariše da je sastavljanje skupa DNK podataka predstavljalo velike logističke izazove. „Bio nam je potreban pristup arheološkim primercima ljudskih zuba i kostiju za koje smo znali da su razbacani po muzejima i drugim institucijama u evroazijskom regionu, a to je zahtevalo mnoge sporazume o saradnji. Ali kada su oni bili na mestu, stvari su zaista krenule – podaci set je bio u procvatu i sada premašuje 5.000 drevnih ljudskih genoma. Veličina skupa podataka je izuzetno poboljšala i upotrebljivost i preciznost rezultata.“
Profesor Nilsen je bio odgovoran za planiranje statističkih i bioinformatičkih analiza informacija prikupljenih iz drevnih zuba i kostiju u laboratorijama Univerziteta u Kopenhagenu. I on se bavio ogromnom količinom podataka, u kojima je DNK često bio ozbiljno degradiran.
„Niko ranije nije analizirao toliko drevnih genoma. Sada smo morali da otkrijemo kako da rukujemo tako ogromnim količinama podataka. Problem je bio u tome što je veoma teško raditi sa sirovim podacima jer na kraju dobijete mnogo kratkih DNK sekvenci sa mnogo grešaka , a zatim te sekvence moraju biti ispravno mapirane na pravu poziciju u ljudskom genomu. Plus, postoji problem kontaminacije od svih mikroorganizama prisutnih na drevnim zubima i kostima.
„Zamislite da imate slagalicu koja se sastoji od miliona delova pomešanih sa četiri druga nepotpuna seta slagalice, a zatim da sve to stavite u mašinu za sudove na sat vremena. Složiti sve zajedno nije lak zadatak. Jedan od ključeva našeg uspeha u kraj je bio da smo se udružili sa dr Olivijeom Delanauom sa Univerziteta u Lozani koji je razvio algoritme za prevazilaženje tog problema“, kaže profesor Nilsen.
Glasine da se sastavlja veliki skup podataka o drevnom ljudskom genomu ubrzo su kružile u naučnim krugovima. A od 2022. interesovanje je veoma veliko, kažu profesori Verge, Vilerslev i Nilsen. „Stalno primamo upite od istraživača širom sveta – posebno onih koji istražuju bolesti – koji obično traže pristup za istraživanje drevnog skupa podataka DNK.“
Četiri Nature članka pokazuju da veliki skup podataka od 5.000 genoma služi kao precizan alat koji može da pruži novi uvid u bolesti kada se kombinuje sa analizama današnjih podataka o ljudskoj DNK i inputima iz nekoliko drugih istraživačkih oblasti.
To je samo po sebi neizmerno neverovatno, smatra profesor Vilerslev. „Nema sumnje da će drevni skup genomskih podataka ove veličine imati primenu u mnogim različitim kontekstima u okviru istraživanja bolesti. Kako nova naučna otkrića izvedena iz skupa podataka od 5.000 genoma budu objavljivana, sve više podataka će postepeno biti besplatno dostupno svim istraživačima . Na kraju, kompletan skup podataka će biti otvoren za sve.“
