Μπορεί ένα μικροσκοπικό οστάριο να αποκαλύψει απουσία έμμηνου ρύσης σε ένα κορίτσι… 2.500 ετών; Μπορεί ένας αρχαίος σκελετός να… προδώσει μειωμένη παραγωγή τεστοστερόνης;
Ακούγεται εξωπραγματικό, ακόμη και σε εποχές τέτοιου επιστημονικού καλπασμού. Αλλά είναι πλέον εφικτό, όπως επιβεβαιώνει μια νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο στο επιστημονικό περιοδικό Communications Biology.
Στην έρευνα ταυτοποιούνται μέσω αρχαίου DNA οι πιο πρώιμες περιπτώσεις γενετικών διαταραχών που έχουν ανακαλυφθεί ποτέ.
Συγκεκριμένα, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα τεχνική για την ακριβέστερη μέτρηση του αριθμού χρωμοσωμάτων σε αρχαία γονιδιώματα, εντοπίζοντας:
- Το πρώτο προϊστορικό άτομο με σύνδρομο Turner που έζησε πριν από 2.500 χρόνια.
- Το πρώτο γνωστό άτομο με σύνδρομο Jacob κατά τον πρώιμο μεσαίωνα.
- Τρεις ανθρώπους με σύνδρομο Klinefelter σε ένα εύρος χρονικών περιόδων.
- Ενα βρέφος με σύνδρομο Down από την εποχή του Σιδήρου.
«Μπορούμε πλέον να δούμε κάτι που μέχρι πριν δεν ήταν ορατό», σημειώνει η Κυριακή Αναστασιάδου, υποψήφια διδάκτωρ στην Παλαιογενετική στο Francis Crick Institute του Λονδίνου και επικεφαλής της νέας δημοσίευσης.
Η βιολόγος από την Κατερίνη, μετά τις σπουδές της στην Ελλάδα, συνέχισε στο Imperial College London και σήμερα εργάζεται στο Francis Crick Institute, ένα από τα σημαντικότερα, στη Γηραιά Αλβιόνα, κέντρα βιοϊατρικής έρευνας για την κατανόηση της θεμελιώδους βιολογίας που διέπει την υγεία και τις ασθένειες.
Στην ερώτηση για το πόσο «επαναστατικά» είναι τα ευρήματα της νέας αυτής έρευνας, η κ. Αναστασιάδου αντιδρά διακριτικά. «Δεν ξέρω αν είναι επαναστατικά», λέει, «ωστόσο, μέσω αυτών μπορούμε να διευρύνουμε τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόμαστε για το παρελθόν».
Σε πιο προσωπικό τόνο, παραδέχεται πως θεωρεί την έρευνα αυτή «παρηγορητική», μια κάποια ανακούφιση, καθώς «διαπιστώνεις πόσο κοινή είναι η ρίζα» μεταξύ σύγχρονου και αρχαίου ανθρώπου και «νιώθεις πως συνδέεσαι με το παρελθόν με τρόπο πιο προσωπικό».
Curious about genomic diversity in the human past? In our study published today @CommsBio, we reconstruct the profiles of 6 individuals with aneuploidy (additional or missing chromosomes in their karyotype) from ancient Britain. #aDNA pic.twitter.com/YvQF8UiFn3
— Kakia Anastasiadou (@_kakia_) January 11, 2024
Καταφέρατε να μετρήσετε με ακρίβεια τον αριθμό χρωμοσωμάτων σε αρχαίο γονιδίωμα. Τι ανακαλύψατε;
Ουσιαστικά ανακαλύψαμε κάποιες περιπτώσεις ανευπλοειδίας.
– Τι είναι η ανευπλοειδία;
Το DNA μας οργανώνεται σε χρωμοσώματα μέσα στον πυρήνα των κυττάρων. Τυπικά, κάθε άνθρωπος έχει 46 χρωμοσώματα σε κάθε κύτταρο, εκ των οποίων τα 22 ζευγάρια είναι αυτοσωμικά, δηλαδή ίδια, και το ένα ζευγάρι είναι αυτό που λέμε τα φυλετικά χρωμοσώματα, αυτά δηλαδή που καθορίζουν το βιολογικό φύλο, και είναι είτε ΧΧ για γυναίκες είτε ΧΥ για άνδρες. Σε κάποιες σπάνιες περιπτώσεις παρατηρείται αυτό που λέμε ανευπλοειδία, δηλαδή ένα επιπλέον ή ένα λιγότερο χρωμόσωμα. Κι αυτό πολύ συχνά οδηγεί σε σύνδρομα. Κάποια από αυτά τα εντοπίσαμε και καταγράψαμε στη δημοσίευση.
– Πώς διαγιγνώσκεται η ανευπλοειδία;
Στην πραγματικότητα και σήμερα, ο τρόπος για να διαγνώσουμε κάποια από αυτά τα σύνδρομα είναι μέσω της ανάλυσης του DNA. Και, για να το κάνουμε αυτό σε αρχαίο δείγμα DNA, πρέπει πρώτα να αποκτήσουμε αυτό το DNA. Και αυτό είναι το πρώτο από τα εμπόδια, καθώς στην πραγματικότητα, με τη στιγμή του θανάτου, το DNA αρχίζει σιγά σιγά να αποικοδομείται και υποκύπτει σε διάφορες χημικές μεταβολές, κάτι που καθιστά πολύ πιο δύσκολη την απομόνωσή του και την ανάλυσή του – σε σχέση με το DΝΑ ενός ζωντανού ατόμου που αποκτάται εύκολα από το αίμα, το σάλιο κ.ο.κ.
Επομένως, αυτό που κάνουμε είναι να δουλεύουμε με αρχαιολογικό υλικό – συνήθως σκελετούς. Η διατήρηση του DΝΑ σε αυτούς τους σκελετούς παίζει πολύ μεγάλο ρόλο. Δηλαδή, στις περιπτώσεις των καλά διατηρημένων σκελετών μπορεί κανείς να ανακτήσει πολύ καλό DΝΑ, κάποιες φορές όχι τόσο – κάτι που εξαρτάται και από τις κλιματικές συνθήκες. Για παράδειγμα στην Ελλάδα είναι αρκετά δύσκολο, ενώ στη Βρετανία πιο εύκολο.
– Λόγω υγρασίας και κρύου;
Ναι, ακριβώς.
– Από ποια σημεία εξάγετε το DΝΑ και πώς το επεξεργάζεστε;
Στοχεύουμε συνήθως είτε σε κάποιο δόντι είτε σε κομμάτια του κρανίου, κυρίως γύρω και πίσω από το αυτί, αλλά και τα οστάρια μέσα στο αυτί – τα οποία, αν και είναι τα μικρότερα του ανθρώπινου σώματος, για κάποιο λόγο έχουν την καλύτερη επίδοση στη συντήρηση του DΝΑ.
Το ανασκαφικό πεδίο στο Χαλ της Βρετανίας, όπου το 2021 βρέθηκε ένα άτομο με σύνδρομο Klinefelter – Φωτ.: Oxford Archaeology.
Αυτή τη στιγμή στο εργαστήριο που βρίσκομαι «τρέχουμε» ένα πρόγραμμα όπου παράγουμε και αναλύουμε πάνω από 1.000 γονιδιώματα ανθρώπων που έζησαν στη Βρετανία, από την εποχή του Χαλκού μέχρι και σήμερα. Δουλεύουμε με πάρα πολλούς αρχαιολόγους από όλη τη χώρα, οι οποίοι μας στέλνουν κάποιο δόντι ή αυτά τα μικρά οστάρια από το αυτί και εμείς, στη συνέχεια, δουλεύουμε σε συνθήκες πάρα πολύ αυστηρές, με ειδικές προστατευτικές στολές, ώστε να μην επιμολύνουμε τα δείγματα με το δικό μας, με σύγχρονο δηλαδή, DNA. Μετά τη διαδικασία απομόνωσης του DNA, προχωράμε στην αλληλούχιση νέας γενιάς (Next Generation Sequencing – NGS), το «διάβασμα» δηλαδή του DNA, το οποίο μεταφέρουμε στον υπολογιστή όπου και αρχίζει το ενδιαφέρον κομμάτι με τις ερωτήσεις.
– Οταν λέτε ερωτήσεις;
Μία από τις ερωτήσεις που έχουν συχνά και οι συνεργάτες αρχαιολόγοι είναι ακριβώς το φύλο των σκελετών που μας έχουν δώσει να αναλύσουμε. Ιδίως στις περιπτώσεις εύρεσης μικρών κομματιών ή σκελετού μικρών παιδιών, όπου δεν υπάρχει ακόμη σεξουαλικός διμορφισμός (σ.σ. ανάπτυξη ευδιάκριτων μορφολογικών διαφορών μεταξύ θηλυκών και αρσενικών ατόμων σε ένα είδος ή πληθυσμό), δεν μπορούν ακόμη να κάνουν οστολογική εκτίμηση του φύλου. Οπότε, ένα από τα πρώτα πράγματα που κάνουμε κι εμείς όταν παίρνουμε τα δεδομένα είναι να δούμε τα χρωμοσώματα – αν πρόκειται για Χ και Χ οπότε πρόκειται για γυναίκα, ή Χ και Υ για άνδρα.
– Το ίδιο συνέβη και στην πρόσφατη έρευνα;
Ουσιαστικά αυτό που έγινε στην έρευνα ήταν πως έβλεπα ασάφεια σε κάποιες περιπτώσεις. Δηλαδή, η μέθοδος που χρησιμοποιούσαμε μέχρι τότε και κατέληγε σε ένα από τα δύο αποτελέσματα (σ.σ. γυναίκα ή άνδρας στο υπό μελέτη DNA) δεν απέδιδε. Στην αρχή, σκεφτήκαμε πως αυτό οφείλεται ίσως σε κάποια επιμόλυνση δείγματος ή κακής ποιότητας δεδομένα και αποφασίσαμε να το δούμε λίγο πιο μεθοδικά. Οπότε, ουσιαστικά δουλέψαμε μέσω της υπολογιστικής μεθόδου.
– Δημιουργήσατε νέα μέθοδο, δηλαδή;
Ναι, δημιουργήσαμε ένα εργαλείο το οποίο, με αφορμή τη δημοσίευση, υπάρχει διαθέσιμο και online, αντί να αναζητά μόνο περιπτώσεις ΧΧ ή ΧΥ, ψάχνει και για αυτές τις πιο σπάνιες περιπτώσεις ανευπλοειδίας.
– Και μέσω αυτού του εργαλείου τι βρήκατε;
Εφαρμόζοντας τη μέθοδο στα δικά μας δεδομένα, βρήκαμε αυτές τις έξι περιπτώσεις, εκ των οποίων οι πέντε έχουν να κάνουν με ανευπλοειδία στα φυλετικά χρωμοσώματα και η έκτη αφορά ένα άτομο με σύνδρομο Down – δηλαδή ένα έξτρα χρωμόσωμα 21 το οποίο ανήκε σε βρέφος, πιθανότατα νεογνό κιόλας, που είχε ταφεί όπως και τα υπόλοιπα μέλη της κοινότητας.
Οσον αφορά τις ανευπλοειδίες στα φυλετικά χρωμοσώματα, το σύνδρομο Klinefelter, κοινό και σήμερα, ήταν αυτό που εντοπίσαμε και εμείς στα αρχαία δείγματα. Το βρήκαμε σε τρεις διαφορετικές περιπτώσεις οι οποίες, αν είχαν κάτι κοινό, ήταν πως δεν σου τραβούσαν την προσοχή. Το συγκεκριμένο σύνδρομο έχει εντοπιστεί ξανά μέσω αρχαίου DNA, ωστόσο, ήταν ιδιαίτερες περιπτώσεις, καθώς τα άτομα αυτά είχαν ταφεί με αντικείμενα –τυπικά, για την εποχή– ανδρικά και γυναικεία.
– Τα αντικείμενα που βρέθηκαν στους τάφους υποδήλωναν μια ιδιαιτερότητα;
Ναι, ακριβώς. Ωστόσο, στις περιπτώσεις που μελετήσαμε εμείς, τα άτομα δεν είχαν ταφεί με αντικείμενα, οπότε δεν ήταν προφανής η ιδιαιτερότητα. Είχαν κάποια κοινά στοιχεία, όπως το ότι και τα τρία ήταν αρκετά ψηλότερα σε σχέση με άλλα που βρέθηκαν στο ίδιο νεκροταφείο, κάτι που αποτελεί χαρακτηριστικό του συνδρόμου Klinefelter. Επίσης, οι συνάδελφοι οστεολόγοι και αρχαιολόγοι που ανέτρεξαν ξανά στον σκελετό για τυχόν κάτι νεότερο διαπίστωσαν πως υπήρχαν ήπια, σχεδόν ανεπαίσθητα, σημάδια καθυστέρησης στην ανάπτυξη – επίσης χαρακτηριστικό εμφάνισης του συνδρόμου και σήμερα.
– Και το σύνδρομο Τέρνερ; Είναι το πρώτο που ανακαλύπτετε σε αρχαίο σκελετό;
Ναι, είναι το πρώτο. Εμφανίζεται με ένα Χ χρωμόσωμα, είναι κάπως πιο σπάνιο – το εμφανίζει ένα στα 2.000-3.000 άτομα. Και επειδή στην αρχή δεν ήμασταν απολύτως βέβαιοι, το αλληλουχήσαμε δέκα φορές περισσότερο από τα άλλα δείγματα, ώστε να μπορέσουμε να έχουμε το DNA σε πολλά αντίγραφα και να βεβαιωθούμε πως αυτό που βλέπουμε είναι ακριβές.
Μιλάμε για ένα άτομο που πέθανε 18-19 χρόνων, με βάση την οστολογική εκτίμηση. Ακόμη κάτι ενδιαφέρον στην περίπτωση αυτή είναι πως, στην πρώτη ανάλυση το άτομο oστολογικά είχε χαρακτηριστεί ως θηλυκό, αλλά στη συνέχεια διαπιστώθηκε πως, παρά την ηλικία του, μάλλον δεν είχε περάσει την ήβη, λόγω χαμηλού οιστρογόνου – κάτι που συμβαίνει συχνά σε άτομα με σύνδρομο Τέρνερ.
– Είναι εντυπωσιακό το ότι από ένα ελάχιστο δείγμα DNA διαπιστώνετε τόσο πολλά…
Μιλάμε πράγματι για ελάχιστες ποσότητες. Για παράδειγμα, τα μικρά οστάρια στα οποία αναφερθήκαμε είναι μεγέθους από 5-20 μιλιγκράμ. Δηλαδή, οριακά δεν μπορείς να το δεις και σε ένα eppendorf (μικρό σωληνάκι εργαστηρίου).
Μερικές φορές το βλέπουμε και εμείς κάπως σαν «ντετεκτιβίστικη» δουλειά όπου έχουμε πολύ, πολύ λίγα στοιχεία και προσπαθούμε να αναπαραστήσουμε τι μπορεί να συνέβαινε.
Ουσιαστικά, την τελευταία δεκαετία έχει γνωρίσει μεγάλη άνθηση ο τομέας αυτός του αρχαίου DNA, γιατί έχουν αναπτυχθεί και αναπτύσσονται διαρκώς καινούργιες μέθοδοι στο εργαστήριο και υπολογιστικές, ώστε ό,τι μπορεί να έχει επιβιώσει από το ελάχιστο αυτό δείγμα να αξιοποιείται. Με το DNA μπορέσαμε να πούμε την ιστορία αυτών των ανθρώπων και να μιλήσουμε για κάτι που δεν θα είχαμε κανέναν άλλο τρόπο να γνωρίζουμε.
– Σε περίπτωση επιμόλυνσης ή αλλοίωσης του DNA, καταστρέφεται το δείγμα; Ή μπορεί να ανακτηθεί και να υποστεί επεξεργασία;
Δεν καταστρέφεται, αλλά γίνεται πολύ πιο δύσκολη η αξιοποίησή του. Είναι σαν να ρίχνεις το μπουκαλάκι με το DNA που σε ενδιαφέρει σε μία τεράστια λίμνη, συνεπώς είναι πολύ πιο δύσκολο να «ψαρέψεις» στη συνέχεια αυτά τα αυθεντικά αρχαία κομμάτια.
– Εκτός από βιολόγους, ποιες άλλες ειδικότητες περιλαμβάνει η ομάδα σας;
Στην ομάδα είμαστε κατά βάση βιολόγοι – γενετιστές, αρχαιολόγοι και οστεολόγοι. Και εφόσον ο κάθε σκελετός ερχόταν από διαφορετική ανασκαφή, συνεργαζόμασταν και με τους οστεολόγους της εκάστοτε ανασκαφής.
– Πώς αποφασίσατε να εστιάσετε σε γενώματα φύλου που συνδέονταν με παθολογίες γονιμότητας;
Η αλήθεια είναι πως τα ίδια τα δεδομένα μάς οδήγησαν εκεί. Είχαμε, και εγώ προσωπικά, το ενδιαφέρον να δούμε και πράγματα που έχουν να κάνουν με την υγεία. Υπάρχει κι αυτή η πλευρά στην ανάλυση, το τι μπορούμε να μάθουμε για την υγεία μας, την υγεία των ανθρώπων σε διάφορες χρονικές περιόδους και τις προσαρμογές (διατροφής, τρόπου ζωής κ.ο.κ) και τις επιπτώσεις τους στο DNA. Αλλά τα συγκεκριμένα ευρήματα ήταν σαν να «φώναξαν». Θυμάμαι ακόμα το πρώτο διάγραμμα που έκανα, περίπου 1,5 χρόνο πριν, όπου όλα τα data points που καθορίζουν τα XX και XY ήταν ακριβώς στη μέση. Και αναρωτήθηκα αν είχα κάνει κάτι πολύ λάθος ή αν συνέβαινε κάτι πολύ ενδιαφέρον – κι ευτυχώς, ήταν το δεύτερο.
– Πιστεύετε πως οι άνθρωποι αυτοί διέφεραν με κάποιο τρόπο προφανή από τους συμπολίτες τους και είχαν επίγνωση της διαφορετικής φύσης τους όταν έζησαν;
Εκεί αρχίζει περισσότερο το κομμάτι της υπόθεσης, αλλά με τη συναρπαστική της έννοια… Κοιτάξτε. Οσον αφορά το σύνδρομο Down, επειδή ακριβώς ήταν νεογνό, πιστεύουμε πως είχε προβλήματα υγείας –που ίσως συνέβαλαν και στον τόσο πρόωρο θάνατο–, οπότε ήταν ίσως λίγο πιο εμφανές. Στην περίπτωση με το σύνδρομο Τέρνερ, έχουμε τους περισσότερους άγνωστους παράγοντες. Γιατί το άτομο βρέθηκε όχι σε οικογενειακό τάφο, αλλά σε σπηλιά – κάτι που ήταν κοινό 500 χρόνια πριν, αλλά όχι και απαραίτητο πως το άτομο είχε καταφύγει εκεί για να απομονωθεί. Οπότε δεν είμαστε σίγουροι κατά πόσο είχε επίγνωση αυτό το άτομο. Τώρα, όσον αφορά τα άτομα με Klinefelter, πολλές φορές ακόμη και σήμερα μπορεί κάποιος να διαπιστώσει το σύνδρομο αργότερα στη ζωή του, π.χ να διαγνωστεί επειδή δυσκολεύεται να κάνει παιδιά. Οπότε, με βάση τα στοιχεία που έχουμε, δεν φαίνεται να είχαν κάποια εικόνα μιας διαφορετικότητας.
– Δηλαδή, θα μπορούσαμε, βάσει της συγκεκριμένης έρευνας, να μιλήσουμε για ταυτότητα φύλου στην αρχαιότητα;
Κοιτάξτε… Δεν έχουμε κάποια ένδειξη, κάποια εικόνα ποια ήταν η ταυτότητα φύλου για παράδειγμα των ανθρώπων με Κlinefelter. Σε άλλες περιπτώσεις αρχαιολογικές έχει προκύψει, όπως σας είπα, να βρεθεί ένας σκελετός θαμμένος με ένα σπαθί και έναν καθρέπτη – που ήταν περίπτωση ΧΧΥ, Klinefelter δηλαδή… Η αλήθεια είναι πως τα άτομα με Κlinefelter είναι πιθανότερο να έχουν δυσφορία φύλου (σ.σ. Gender dysphoria, το άγχος που βιώνουν κάποια άτομα λόγω της σημαντικής ασυμφωνίας μεταξύ του φύλου με το οποίο αυτοπροσδιορίζονται και του φύλου με το οποίο γεννήθηκαν). Παρ’ όλα αυτά, εμείς δεν έχουμε καμία ένδειξη για την έμφυλη ταυτότητα αυτών των ατόμων.
– Από το DNA μπορείτε να βρείτε την ηλικία, το ύψος, τις ασθένειες, τα σύνδρομα… Τι άλλο προσδοκάτε να ανακαλύψετε;
Στο πλαίσιο της έρευνας που κάνω εγώ, ένα από τα πρώτα πράγματα είναι μετακινήσεις πληθυσμών. Πώς να βρούμε γενετικά τις επιρροές των διαφόρων λαών που κάθε αιώνα είχαν σχέσεις με τη Βρετανία. Αυτό είναι κάτι που μαθαίνουμε ολοένα και περισσότερο από τα γονιδιώματα που αποκτούμε. Κάτι, επίσης, που πολύ εύκολα μπορούμε να μάθουμε, είναι οι συγγενείς. Εχει να κάνει και με το πιο εξελικτικό κομμάτι, με προσαρμογές, όπως είπα και νωρίτερα, το πώς οι αλλαγές στο περιβάλλον και την κουλτούρα αντικατοπτρίζονται στο DNA.
– Ενα παράδειγμα;
Για παράδειγμα, την εποχή που ο κόσμος άρχισε να χρησιμοποιεί περισσότερο το γάλα, να έχει κοπάδια και να αξιοποιεί τα πρόβατα και τις αγελάδες, αρχίζουμε να βλέπουμε μεγάλη αύξηση της μετάλλαξης που μας κάνει ανεκτικούς στη λακτόζη. Επίσης, αρχίζουμε να βλέπουμε κάποια σημάδια στο DNA που φαίνεται να είναι αποτέλεσμα επιδημιών, όπως της πανούκλας, του «μαύρου θανάτου» τον 14ο αιώνα, οπότε πέθαινε ένας στους πέντε στην Αγγλία. Βλέπουμε δηλαδή να γίνονται πολύ πιο σημαντικά κάποια γονίδια που συνδέονται με την άμυνα σε μικροοργανισμούς. Αν τα είχες επιβίωνες, αν όχι, ήταν πιθανό να πεθάνεις.
– Με ποιον τρόπο είναι σημαντικά τα ευρήματα της μελέτης σας;
Ουσιαστικά μπορούμε πλέον να δούμε κάτι που μέχρι πριν δεν ήταν ορατό. Και ελπίζω πως έτσι μπορούμε να διευρύνουμε τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόμαστε για το παρελθόν. Επίσης, διαπιστώνουμε, αν και κάθε φορά εκπλησσόμαστε, το πόσο κοινή είναι η ρίζα. Πολλά πράγματα μπορεί να μην τα περιμένουμε, αλλά μετά αναρωτιόμαστε γιατί δεν τα περιμέναμε. Οπως υπάρχουν σήμερα, δηλαδή, άτομα με σύνδρομα, έτσι υπήρχαν και στο παρελθόν. Κι αυτό προσωπικά το βρίσκω κάπως παρηγορητικό. Σε κάνει να νιώθεις πως συνδέεσαι με πιο προσωπικό τρόπο με το παρελθόν.
