Αρχαίο DNA

Η ανάλυση του αρχαίου DNA (ancient DNA, aDNA) αποτελεί μια από τις πιο καινοτόμες προσεγγίσεις στη σύγχρονη βιολογία, την αρχαιολογία και την ανθρωπολογία. Ο όρος aDNA αναφέρεται στο γενετικό υλικό που εξάγεται από αρχαία οργανικά δείγματα, όπως οστά, δόντια, μουμιοποιημένους ιστούς ή φυτικά υπολείμματαPääbo et al., 2004.. Η μελέτη αυτή παρέχει πολύτιμες πληροφορίες για την εξέλιξη των ειδών, τις γενετικές σχέσεις των αρχαίων πληθυσμών και τη βιοποικιλότητα του παρελθόντος.

Η δυνατότητα ανάκτησης γενετικών δεδομένων από δείγματα ηλικίας δεκάδων χιλιάδων ετών έχει αλλάξει δραματικά την αντίληψή μας για την ιστορία των ανθρώπων, των ζώων και των φυτών. Επιπλέον, η αλληλούχιση aDNA επιτρέπει τη διερεύνηση εξελικτικών γεγονότων, όπως η διαφοροποίηση πληθυσμών, οι μεταναστεύσεις και οι επιπτώσεις περιβαλλοντικών αλλαγών στη γενετική ποικιλότηταHofreiter et al., 2001..

Τεχνικές προκλήσεις 
Η ανάλυση του aDNA παρουσιάζει σημαντικές τεχνικές προκλήσεις. Το DNA στα αρχαία δείγματα συχνά βρίσκεται σε υποβαθμισμένη μορφή, διασπασμένο σε μικρά θραύσματα και χημικά τροποποιημένο λόγω της αποσύνθεσης. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα του DNA περιλαμβάνουν:

Θερμοκρασία και υγρασία του περιβάλλοντος.
Χημική σύσταση του εδάφους ή του υλικού αποθήκευσης.
Μικροβιακή δραστηριότητα και μύκητες.
Χρονικό διάστημα από τη στιγμή του θανάτου του οργανισμού.

Επιπλέον πρόβλημα αποτελεί η μόλυνση από σύγχρονο DNA. Για αυτό, η εργασία σε ειδικά εργαστήρια aDNA, απαιτεί χρήση προστατευτικού εξοπλισμού και είναι απαραίτητη η ακολουθία ελέγχου των βιβλιοθηκών DNACooper & Poinar, 2000..

Τεχνολογικές εξελίξεις
Η εισαγωγή των τεχνολογιών Μαζική παράλληλη αλληλούχιση (Massive parallel sequencing ή Next-Generation Sequencing - NGS) έχει φέρει επανάσταση στο πεδίο. Η NGS επιτρέπει την αλληλούχιση ολόκληρων γονιδιωμάτων από εξαιρετικά φθαρμένα δείγματα, ακόμη και όταν η αναλογία αρχαίου προς σύγχρονο DNA είναι πολύ χαμηλήMeyer et al., 2012.). Η δυνατότητα αυτή έχει επιτρέψει την ανασύνθεση της γενετικής ιστορίας των Νεάντερταλ και των Ντενίσοβαν, αναδεικνύοντας τις διασταυρώσεις με σύγχρονους ανθρώπουςPrüfer et al., 2014..

Η χρήση ουσιών για την ενίσχυση και την καθαρότητα του DNA, όπως η ψηφιακή PCR (Digital polymerase chain reaction)Η ψηφιακή PCR (dPCR) είναι μια τεχνολογία «τρίτης γενιάς» που αναλύει το DNA ή το RNA με μεγαλύτερη ακρίβεια από την κλασική PCR, χωρίζοντας το δείγμα σε χιλιάδες μικροσκοπικές αντιδράσεις πριν την PCR, οι οποίες στη συνέχεια αναλύονται για την παρουσία ή απουσία του στόχου. και οι εξειδικευμένες μέθοδοι απομάκρυνσης της  μόλυνσης, έχει βελτιώσει την ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Επιπλέον, η σύνδεση των γενετικών δεδομένων με αρχαιολογικά ευρήματα και περιβαλλοντικά δεδομένα παρέχει μια ολοκληρωμένη εικόνα για το παρελθόνShapiro & Hofreiter, 2014..

Εφαρμογές του αρχαίου DNA
Ανθρωπολογία και εξέλιξη
Η μελέτη των ανθρωπίνων γονιδιωμάτων από αρχαία δείγματα έχει αποκαλύψει σημαντικές πληροφορίες για τη μετανάστευση και την αλληλεπίδραση πληθυσμών. Για παράδειγμα, η ανάλυση του DNA Νεάντερταλ έδειξε ότι οι σύγχρονοι Ευρωπαίοι και Ασιάτες φέρουν περίπου 1–4% Νεάντερταλ DNA, γεγονός που αποκαλύπτει διασταυρώσεις μεταξύ των ειδώνGreen et al., 2010..

Αρχαιολογία και διατροφή
Η μελέτη φυτικών και ζωικών δειγμάτων μέσω aDNA επιτρέπει την ανακατασκευή της εξέλιξης των γεωργικών καλλιεργειών και των ζώων. Οι αναλύσεις αυτές έχουν δείξει την εξάπλωση της γεωργίας από τη Μέση Ανατολή στην Ευρώπη κατά τη Νεολιθική περίοδοAllentoft et al., 2015..

Περιβαλλοντική και οικολογική έρευνα
Το aDNA χρησιμοποιείται επίσης για την ανακατασκευή παλαιο-οικοσυστημάτων. Το DNA από ιζήματα ή παγωμένα δείγματα μπορεί να αποκαλύψει την ιστορική ποικιλότητα φυτών και ζώων και να παρέχει δεδομένα για την επίδραση της κλιματικής αλλαγής σε παλαιότερους πληθυσμούςPedersen et al., 2016..

Το αρχαίο DNA αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη του παρελθόντος, παρέχοντας μοναδικές πληροφορίες για την εξέλιξη, την ανθρώπινη ιστορία, και την οικολογική δυναμική. Παρά τις προκλήσεις που παρουσιάζει η αποσύνθεση και η μόλυνση του DNA, οι τεχνολογικές εξελίξεις συνεχώς διευρύνουν τις δυνατότητες έρευνας. Η συνδυαστική χρήση γενετικών, αρχαιολογικών και περιβαλλοντικών δεδομένων δημιουργεί ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο κατανόησης του παρελθόντος και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ανθρώπων, ζώων και φυτών.

Παραπομπές-σημειώσεις

Βιβλιογραφία
Allentoft, M. E., Sikora, M., Sjögren, K.-G., Rasmussen, S., Rasmussen, M., Stenderup, J., … Willerslev, E. (2015). Population genomics of Bronze Age Eurasia. Nature, 522(7555), 167–172. https://doi.org/10.1038/nature14507
Cooper, A., & Poinar, H. N. (2000). Ancient DNA: Do it right or not at all. Oxford University Press. ISBN 9780195127878
Green, R. E., Krause, J., Briggs, A. W., Maricic, T., Stenzel, U., Kircher, M., … Pääbo, S. (2010). A draft sequence of the Neanderthal genome. Science, 328(5979), 710–722. https://doi.org/10.1126/science.1188021
Hofreiter, M., Serre, D., Poinar, H. N., Kuch, M., & Pääbo, S. (2001). Ancient DNA. Nature Reviews Genetics, 2(5), 353–359. https://doi.org/10.1016/S0168-9525(01)00066-3
Meyer, M., Kircher, M., Gansauge, M. T., Li, H., Racimo, F., Mallick, S., … Pääbo, S. (2012). A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Nature, 505(7481), 43–49. https://doi.org/10.1038/nature10898
Pääbo, S., Poinar, H., Serre, D., Jaenicke-Després, V., Hebler, J., Rohland, N., … Hofreiter, M. (2004). Genetic analyses from ancient DNA. Science, 304(5673), 64–67. https://doi.org/10.1126/science.1102396
Pedersen, M. W., Ruter, A., Schweger, C., Friebe, H., Staff, R. A., Kjeldsen, K. K., … Willerslev, E. (2016). Postglacial viability and colonization in North America. Nature, 537(7621), 45–49. https://doi.org/10.1038/nature19053
 50px Available under CC BY 4.0.
Prüfer, K., Racimo, F., Patterson, N., Jay, F., Sankararaman, S., Sawyer, S., … Pääbo, S. (2014). The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature, 505(7481), 43–49. https://doi.org/10.1038/nature12886
Shapiro, B., & Hofreiter, M. (2014). Ancient DNA: Methods and protocols (2nd ed.). Oxford University Press. ISBN 9780198747590

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Famous mtDNA, isogg wiki
 Ancient mtDNA, isogg wiki
 Ancient DNA , y-str.org
 Evidence of the Past: A Map and Status of Ancient Remains – samples from USA no sequence data here.
  – no data on YDNA only mtDNA

Κατηγορία:Αρχαιολογικές μέθοδοι
Κατηγορία:Αρχαίο DNA (ανθρώπινο)