Anonim

Räuber der ägyptischen Pyramiden

Eric J. Topol, MD: Ich bin Eric Topol, Chefredakteur von Medscape, im Gespräch mit Svante Pääbo, Leiter der Genetikabteilung am Max-Planck-Institut in Leipzig. Er ist ein Pionier, die Hauptkraft, die versucht, die Genomik der Neandertaler in der menschlichen Evolution zu verstehen. Dr. Pääbo ist in jeder Hinsicht einer der faszinierendsten Menschen in der Medizin. Svante, ich möchte zunächst Ihr Interesse an der Verfolgung der Biologie menschlicher Herkunft erörtern. Wie bist du dazu gekommen?

Svante E. Pääbo, PhD: Wie viele Kinder war ich vom alten Ägypten fasziniert und stellte mir vor, ich sei Indiana Jones und entdeckte Pyramiden und Mumien. An der Universität musste ich viele altägyptische Verbformen und Hieroglyphen und Dinge lernen. Dann wusste ich nicht, was ich tun sollte, also ging ich zur medizinischen Fakultät und studierte Molekularbiologie. Zu dieser Zeit war das Klonen von DNA neu und möglich, und ich begann darüber nachzudenken, ob ich DNA von alten ägyptischen Mumien abrufen könnte. Es begann als Hobbyprojekt.

Dr. Topol: Ihr Buch Neandertaler: Auf der Suche nach verlorenen Genomen (Basic Books, 2014) ist faszinierend. Sie haben darüber geschrieben, wie Ihre Mutter Sie als Teenager nach Ägypten gebracht hat.

Dr. Pääbo: Diese Reise mit meiner Mutter nach Ägypten hat mich überzeugt, dass ich das alte Ägypten studieren wollte.

Dr. Topol: Sie haben zufällig ein bisschen Wissenschaft in Ihren Genen, Ihr Vater ist Nobelpreisträger und Ihre Mutter Biochemikerin. Führen Sie uns durch, wie Sie angefangen haben, Proben zu erhalten und an einem Ort zu sequenzieren, an dem noch niemand zuvor gewesen war.

Dr. Pääbo: Ich habe mit ägyptischen Mumien angefangen, wie alle anderen Doktoranden an meinem Labortisch gearbeitet und einige DNA-Sequenzen daraus gewonnen. Diese wurden ebenfalls veröffentlicht. Im Nachhinein wurde mir klar, dass dies alles eine Bestätigung der DNA von mir war. Es ist klar geworden, dass ein Staubpartikel in einem Raum größtenteils Hautfragmente von Menschen sind und ein einzelnes Staubpartikel viel mehr DNA enthalten kann als das halbe Gramm Knochen, aus dem ich es extrahieren wollte. Das wurde allmählich klar.

Ich bin von der Arbeit mit alten menschlichen Überresten zu ausgestorbenen Tieren übergegangen, denn wenn Sie Mammuts untersuchen und etwas Elefantenähnliches finden, das nicht mit Elefanten identisch ist, können Sie ziemlich sicher sein, dass Sie die richtige DNA-Sequenz haben. Über viele Jahre habe ich die Techniken mit ausgestorbenen Tieren entwickelt. Erst dann (10-15 Jahre später) studierten wir wieder alte Menschen, insbesondere die Neandertaler.

Den Neandertaler-Code brechen

Dr. Topol: Dann haben Sie es geschafft. Sie konnten die Probleme der Kontamination überwinden. Was war der erste Durchbruch mit dem Neandertaler?

Dr. Pääbo: Wir haben zuerst die mitochondriale DNA untersucht, die maternal vererbt wird und den Vorteil hat, dass jede Zelle Hunderte oder sogar Tausende von Kopien enthält. Es besteht eine viel größere Chance, dass einige Fragmente mitochondrialer DNA Tausende von Jahren überleben. 1997 konnten wir dann in einem bestimmten Teil des Kerngenoms einen Teil des mitochondrialen Genoms auf den Neandertalern rekonstruieren. Wir fanden, dass es ganz anders ist als das mitochondriale Genom heutiger Menschen.

Dr. Topol: Sie haben die mitochondriale DNA von Neandertalern mit der von Menschen verglichen?

Dr. Pääbo: Wir konnten ein Stück des mitochondrialen Genoms rekonstruieren und stellten fest, dass es sich stark von dem der heutigen Menschen unterscheidet. Alle mitochondrialen Genome heutiger Menschen gehen auf einen Vorfahren vor 100.000 bis 200.000 Jahren zurück. Dies ging ungefähr eine halbe Million Jahre zurück. Dies war das erste DNA-Stück eines ausgestorbenen Menschen, das tatsächlich sequenziert wurde. Es hat keinen Hinweis darauf gegeben, dass es sich um eine besondere Vermischung zwischen Neandertalern und anderen Menschen handelte, aber es gab uns eine Schätzung, wann Menschen vor mehr als einer halben Million Jahren eine gemeinsame Abstammung hatten.

"Ich denke, mein Mann ist ein Neandertaler"

Dr. Topol: Wann haben Sie festgestellt, dass sich Neandertaler und Menschen tatsächlich vermischt haben?

Dr. Pääbo: Dies war eine Debatte, seit die Höhlen- und Paläontologie-Experten ihre Karriere aufgebaut haben, um für das eine oder andere zu streiten. Wir hatten 2005 das große Glück, die Förderorganisationen in Deutschland davon überzeugen zu können, dass man möglicherweise einen großen Teil des Neandertaler-Genoms rekonstruieren kann, wenn wir die Techniken entwickeln und in großem Umfang anwenden dürfen. Wir haben das gemacht und 2010 hatten wir den ersten Überblick über das Neandertaler-Genom. Dann stellten wir zu meiner Überraschung fest, dass die Neandertaler mehr mitochondriale DNA mit Europäern als mit Afrikanern teilten, und da es in Afrika nie Neandertaler gegeben hatte, deutete dies auf eine Vermischung des Genflusses zwischen den Neandertalern und den Vorfahren der Europäer hin. Noch überraschender für mich war, dass wir die gleiche Situation in China und im Pazifik fanden - eigentlich bei jeder Person, deren Wurzeln außerhalb Afrikas lagen. Wir haben viel darüber nachgedacht und versucht, alle möglichen Verzerrungen in den Daten auszuschließen und andere Erklärungen in Betracht zu ziehen.

Wir haben ein Modell entwickelt, was passiert ist, als moderne Menschen aus Afrika kamen: Sie kamen am Nahen Osten vorbei, wo sie Neandertaler trafen, und dann mischten sie sich mit Neandertalern. Diese Menschen waren damals Vorfahren aller außerhalb Afrikas. Sie haben diese Neandertaler-Komponente in den Rest der Welt mitgenommen, so dass zwischen 1% und 2% Ihres Genoms (wenn Ihre Wurzeln außerhalb Afrikas liegen) von Neandertalern stammen.

Dr. Topol: Seit Ihren Erkenntnissen, dass einige Menschen mehr Neandertaler-Genom haben als andere, wurde viel gescherzt. Sie haben heute in der Zukunft der Genommedizin einen großen Witz über Männer und Frauen erzählt. Kannst du das erzählen?

Dr. Pääbo: Als unser Papier herauskam, waren wir erstaunt darüber, wie groß das Interesse in der Öffentlichkeit war und wie viele Menschen anfingen, uns zu schreiben, sich als Neandertaler zu identifizieren und uns Blutproben zu schicken. Dann bemerkte ich ein anderes Muster. Die Antwortenden waren hauptsächlich Männer, die sich selbst als Neandertaler identifizierten, aber nur sehr wenige Frauen. Nachdem ich das meiner Forschungsgruppe (die alles besonders kritisch gegenübersteht) vorgestellt hatte, sagten sie, dass es nur eine Verzerrung meiner Daten sei. Sie sagten, dass Männer mehr an Genetik interessiert seien und schreiben Ihnen daher häufiger als Frauen, aber ich ging zurück und stellte fest, dass dies nicht der Fall war, weil viele Frauen mir geschrieben hatten, sie seien mit Neandertalern verheiratet, während umgekehrt kommt es kaum vor. Das sagt etwas über unsere Vorstellungen darüber aus, wie sich Neandertaler verhalten haben könnten, und dass dieses Verhalten bei Männern sogar leicht attraktiv sein könnte, bei Frauen jedoch weniger.

Wenn Sie einer Maus eine Mutation geben …

Dr. Topol: Das ist eine großartige Geschichte. Sie haben eine Entdeckung über FOXP2 gemacht, ein wichtiges Gen für die menschliche Sprache. Können Sie uns darüber erzählen?

Dr. Pääbo: FOXP2 ist ein Gen, das einen Transkriptionsfaktor codiert. Wenn eine Kopie bei heutigen Menschen verloren geht, haben sie ein ziemlich spezifisches Problem mit Sprache und Sprache. Das macht es sehr interessant, über den Ursprung der Sprache und Sprache nachzudenken. Wir fanden heraus, dass das dort kodierte Protein zwei Aminosäureunterschiede zu anderen Primaten aufweist. Menschen haben zwei spezifische Aminosäureveränderungen in einem ansonsten sehr konservierten Protein.

Wir haben diese Aminosäureveränderungen in eine transgene Maus umgewandelt. Wir haben jetzt eine Maus, die im Wesentlichen aus ihrem eigenen FOXP2 ein menschliches Protein bildet. Erstaunlicherweise war eines der ersten Dinge, die wir fanden, dass es tatsächlich etwas anders vokalisiert; es hat eine tiefere Stimme. Sie können auch Unterschiede in den Neuronen in bestimmten Teilen des Gehirns feststellen - sie haben längere Dendriten und unterschiedliche elektrophysiologische Eigenschaften. Erst letztes Jahr stellten Mitarbeiter des Massachusetts Institute of Technology, die mit unseren Mäusen arbeiteten, fest, dass diese Mäuse bestimmte motorische Aufgaben sogar schneller lernten als ihre sonst typischen Wurfkameraden, insbesondere bei der Automatisierung ihrer Bewegungen. Es ist sehr verlockend zu spekulieren, dass dies mit dem Lernen des Artikulierens zu tun hat. Es ist wahrscheinlich die ausgefeilteste Koordination von Muskelbewegungen, die wir als Spezies ausführen.

Dr. Topol: Es ist außergewöhnlich. Bei Ihrem Vortrag haben Sie erwähnt, dass Sie das Neandertaler-Genom für die Forschungsgemeinschaft zugänglich gemacht haben, was fantastisch ist, weil es nicht auf andere Weise so unterstützt wurde. Wir werden mehr über konservierte Gene und Variationen aus dieser Beziehung zwischen Mensch und Neandertaler und anderen Hominidae erfahren können. Glauben Sie, dass dies uns helfen wird, Krankheiten zu verstehen, die wir noch nicht geknackt haben?

Dr. Pääbo: Zwei Dinge, die wir von Neandertalern gelernt haben, sind sehr interessant. Zum einen haben sie manchmal zu Varianz bei heutigen Menschen beigetragen, die sowohl vor Krankheiten schützen als auch Krankheiten verursachen können. Beispielsweise wurde kürzlich bei Typ-2-Diabetes bei Asiaten und amerikanischen Ureinwohnern ein Risiko festgestellt, das von den Neandertalern ausgeht. Es ist auch sehr interessant, über das Genom zu schauen, wo wir statistisch erwarten würden, Neandertaler-Fragmente zu finden, aber wir tun es nicht.

In Zukunft wäre es interessant, die Gründe dafür zu untersuchen. Viele Menschen spekulieren, dass eine Krankheit wie Autismus etwas sehr Spezifisches für moderne Menschen betreffen könnte: unsere Hypersozialität, wie wir uns in die Shows anderer Menschen versetzen, die Gedanken und Meinungen anderer Menschen manipulieren, anfangen zu lügen, in die Politik zu gehen und so weiter. Es könnte sein, dass dies ein zusätzlicher Einstieg in einige dieser Merkmale ist.

Dr. Topol: Das ist ein außergewöhnlicher Weg in Bezug auf das, was wir lernen können. Sie hatten eine bemerkenswerte Ausdauer und Hartnäckigkeit, um das Feld voranzubringen, nachdem Sie sich diesen anfänglichen Problemen der Kontamination gestellt hatten. Jetzt haben Sie die Vision, dass dies zu weiteren wichtigen Kenntnissen führen kann. Was sind deine nächsten Schritte?

Dr. Pääbo: Wir werden zwei Richtungen einschlagen . Eine besteht darin, alle Neandertaler-Genome zu untersuchen und in die Zeit der Neandertaler und modernen menschlichen Vorfahren zurückzukehren. Wir werden beginnen, die ersten DNA-Sequenzen von vor 400.000 Jahren zu erhalten, die fast zehnmal älter sind als die von uns untersuchten Neandertaler. Es ist wahrscheinlich ein Neandertaler-Vorfahr in Spanien. Die andere Richtung besteht darin, die Funktion dieser Teile des Genoms und die Veränderungen zu untersuchen, die für moderne Menschen einzigartig sind und die wir nicht mit Neandertalern als unseren engsten Verwandten teilen, und uns aus genetischer Sicht darauf zu konzentrieren und uns als Gruppe zu definieren und als Spezies relativ zu allen anderen Organismen.

Dr. Topol: Wir haben bereits viel von Ihnen und all Ihren Kollegen am Max-Planck-Institut gelernt, und ich weiß, dass wir dies auch weiterhin tun werden. Sie haben eindeutig einen Weg festgelegt, der einen der interessantesten Menschen in Medizin und Wissenschaft definiert. Wir danken Ihnen, dass Sie sich uns in diesem Eins-zu-Eins-Segment auf Medscape angeschlossen haben.