İlk kez Taş Devri'ne tarihlenen moleküller laboratuvarda yeniden canlandırıldı.
Bilim'da antropoloji doçenti ve yeni çalışmanın kıdemli yazarlarından Christina Warinner, bu atılımın ancak bilim adamlarının başka bir ilki başarmasından sonra mümkün olduğunu söyledi: 100.000 yaşına kadar olan antik mikroorganizmaların genomlarını başarıyla yeniden yapılandırdılar. “Bu, en yakın yeniden yapılandırılmış genomdan 90.000 yıl daha yaşlı.”
Aynı zamanda Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü'nde grup lideri olan Warinner, bu başarıya ulaşmak için disiplinler arası bir araştırmacı ekibiyle çalıştı. Grubun bulguları ve genom yeniden yapılandırma teknikleri Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan bir makalede özetleniyor.
Biyomoleküler arkeoloji alanında uzman olan Warinner, insan vücudunun yaşam boyunca fosilleşen tek parçası olan antik diş tartarının incelenmesine öncülük etti. Kalsifiye diş plağının bir türü olan tartar, insan iskeletiyle aynı mineralleri içerir ve arkeolojik keşifler için benzer hayatta kalma potansiyeline sahiptir. Warinner, “Ve bir kişinin dişlerinde olduğu için onu o kişiyle ve onun hayatıyla çok net bir şekilde ilişkilendirebiliriz” dedi.
Yine de eski dişlerin kazınması – “Dişçi muayenehanesindeki aletlerin aynısını kullanıyoruz – bize çok gecikmiş diş hijyenistleri diyebilirsiniz” dedi Warinner – yalnızca yüksek derecede bozulmuş genetik materyal parçaları sağlıyor. Warinner, “Tipik bir bakteri genomu 3 milyon baz çifti uzunluğundadır, ancak zaman içinde kurtardığımız eski DNA'yı ortalama 30 ila 50 baz çifti uzunluğunda parçalara ayırır” diye açıkladı. “Başka bir deyişle, her antik bakteri genomu 60.000 parçalık bir yapboz gibidir ve diş tartarının her bir parçası milyonlarca genom içerir.”
Kalsifiye diş plağının bir türü olan tartar, insan iskeletiyle aynı mineralleri içerir, arkeolojik keşifler için benzer hayatta kalma potansiyeline sahiptir ve DNA'yı binlerce yıl boyunca korur.
Şimdiye kadar bilim insanları, bu genetik artıkları, her zaman günümüz türlerinden alınan referans genom veritabanlarıyla eşleştirerek anlamaya çalıştılar. Warinner, tekniğin başarıyla kullanıldığını, ancak sınırlamaların başından beri açık olduğunu belirtti. “Bu şekilde asla yeni türler veya soyu tükenme potansiyeli olan türler bulamazsınız” dedi, “çünkü onu zaten bilinen bir şeyle karşılaştırmakla sınırlısınız.”
Yaklaşık üç yıl önce Warinner ve ekibi, Pleistosen dönemindeki bakterilerin genomlarını yeniden yapılandırmak ve uzun süredir kayıp olan bakteriyel metabolitlerini yeniden canlandırmak için planları kullanmak amacıyla bir “ay atış” projesi için kimyasal ve sentetik biyoloji uzmanlarıyla güçlerini birleştirdi. bir gün tedavi potansiyeli olan biyokimyasalları keşfedersiniz.
Bunun için grup, sosyal ve doğa bilimleri alanındaki iş birliğini desteklemek amacıyla İsviçre merkezli Werner Siemens Vakfı'ndan bir hibe aldı. Pandeminin hesaplamalı problem çözmeye kritik bir odaklanmayı teşvik ettiğini sözlerine ekleyen Warinner, “Başlangıçta bu teknolojiyi 10 yıl içinde geliştirme hedefiyle yola çıktık, ancak üç yılda en önemli dönüm noktasına ulaştık” dedi.
Araştırmacılar, bir genomun dizili DNA parçalarından dijital olarak yeniden bir araya getirilmesine olanak tanıyan, de novo birleştirme adı verilen mevcut bir genetik teknikle işe başladılar. Radcliffe Enstitüsü'nde Sally Starling Seaver Doçenti unvanını da taşıyan Warinner, “Bu, çok fazla veriye sahip olmanızı gerektiriyor çünkü temel olarak parçaları üst üste bindiriyorsunuz ve bu parçalardan tüm genomu oluşturmaya çalışıyorsunuz” dedi. “Bunun antik DNA için imkansız olacağı düşünülüyordu çünkü parçalarımız çok küçük ve çok hasarlıydı.”
Warinner ve ortak yazarları, ultra kısa DNA parçaları üzerinde çığır açan bir buluşa ulaşana kadar tekniği sistematik olarak test edip optimize ettiler. 12 Neandertalin (40.000 ila 102.000 yıl öncesine ait) ve 34 insanın (150 ila 30.000 yaş arası) diş tartarından toplanan DNA'ya de novo birleştirme uyguladılar.
Bu, araştırmacıların çoğunluğunun oral bakteriler olduğu tespit edilen birkaç yüz farklı genomu yeniden yapılandırmasına olanak sağladı. Warinner, “Olağan şüphelilere ek olarak, daha önce bilinmeyen bazı genomları da yeniden yapılandırmayı başardık” dedi. “Dolayısıyla bu, yeni sözlü türlerin keşfedilmesine yol açtı.”
Yeniden yapılandırılmış genomlar, Pleistosen dönemi tartarında bulunan iki bakteri türü için özellikle yüksek kalitedeydi. Bu genomlar daha ileri araştırmaların odağı haline geldi çünkü çok çeşitli kimyasallar üretebilen enzimleri kodlayan, biyosentetik gen kümeleri olarak bilinen özel bir gen dizisi içerdiler. Warinner, “Bakteriler bu şekilde gerçekten karmaşık ve kullanışlı kimyasallar üretiyor” diye açıkladı. “Neredeyse tüm antimikrobiyallerimiz ve ilaç tedavilerimizin çoğu, sonuçta bu tür bakteriyel biyosentetik gen kümelerinden kaynaklanıyor.”
Ekip, gen dizilerini yeniden oluşturduktan sonra genetik materyali sentezledi ve canlı bakterilere aktardı; bu bakteriler de antik genler tarafından kodlanan biyokimyasalları üretmeye devam etti. Warinner, “Bu, montajlarımızın doğru olduğunun bir onayıdır” dedi, “çünkü hatalar olsaydı hiç işe yaramazdı.”
Daha sonra, muzaffer araştırma ekibi, Pleistosen'in kimyasal çeşitliliğini keşfetmeye devam etmek için tekniklerini kullanmayı planlıyor ve sonunda yeni terapötik moleküller (hatta belki bir antibiyotik) üreten türleri keşfetme umuduyla. Warinner, “Artık bu süreci ölçeklendirebiliriz” dedi. “Birdenbire biyokimyasal geçmişe dair anlayışımızı büyük ölçüde genişletebiliyoruz.”
Bilim'da antropoloji doçenti ve yeni çalışmanın kıdemli yazarlarından Christina Warinner, bu atılımın ancak bilim adamlarının başka bir ilki başarmasından sonra mümkün olduğunu söyledi: 100.000 yaşına kadar olan antik mikroorganizmaların genomlarını başarıyla yeniden yapılandırdılar. “Bu, en yakın yeniden yapılandırılmış genomdan 90.000 yıl daha yaşlı.”
Aynı zamanda Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü'nde grup lideri olan Warinner, bu başarıya ulaşmak için disiplinler arası bir araştırmacı ekibiyle çalıştı. Grubun bulguları ve genom yeniden yapılandırma teknikleri Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan bir makalede özetleniyor.
Biyomoleküler arkeoloji alanında uzman olan Warinner, insan vücudunun yaşam boyunca fosilleşen tek parçası olan antik diş tartarının incelenmesine öncülük etti. Kalsifiye diş plağının bir türü olan tartar, insan iskeletiyle aynı mineralleri içerir ve arkeolojik keşifler için benzer hayatta kalma potansiyeline sahiptir. Warinner, “Ve bir kişinin dişlerinde olduğu için onu o kişiyle ve onun hayatıyla çok net bir şekilde ilişkilendirebiliriz” dedi.
Yine de eski dişlerin kazınması – “Dişçi muayenehanesindeki aletlerin aynısını kullanıyoruz – bize çok gecikmiş diş hijyenistleri diyebilirsiniz” dedi Warinner – yalnızca yüksek derecede bozulmuş genetik materyal parçaları sağlıyor. Warinner, “Tipik bir bakteri genomu 3 milyon baz çifti uzunluğundadır, ancak zaman içinde kurtardığımız eski DNA'yı ortalama 30 ila 50 baz çifti uzunluğunda parçalara ayırır” diye açıkladı. “Başka bir deyişle, her antik bakteri genomu 60.000 parçalık bir yapboz gibidir ve diş tartarının her bir parçası milyonlarca genom içerir.”
Kalsifiye diş plağının bir türü olan tartar, insan iskeletiyle aynı mineralleri içerir, arkeolojik keşifler için benzer hayatta kalma potansiyeline sahiptir ve DNA'yı binlerce yıl boyunca korur.
Şimdiye kadar bilim insanları, bu genetik artıkları, her zaman günümüz türlerinden alınan referans genom veritabanlarıyla eşleştirerek anlamaya çalıştılar. Warinner, tekniğin başarıyla kullanıldığını, ancak sınırlamaların başından beri açık olduğunu belirtti. “Bu şekilde asla yeni türler veya soyu tükenme potansiyeli olan türler bulamazsınız” dedi, “çünkü onu zaten bilinen bir şeyle karşılaştırmakla sınırlısınız.”
Yaklaşık üç yıl önce Warinner ve ekibi, Pleistosen dönemindeki bakterilerin genomlarını yeniden yapılandırmak ve uzun süredir kayıp olan bakteriyel metabolitlerini yeniden canlandırmak için planları kullanmak amacıyla bir “ay atış” projesi için kimyasal ve sentetik biyoloji uzmanlarıyla güçlerini birleştirdi. bir gün tedavi potansiyeli olan biyokimyasalları keşfedersiniz.
Bunun için grup, sosyal ve doğa bilimleri alanındaki iş birliğini desteklemek amacıyla İsviçre merkezli Werner Siemens Vakfı'ndan bir hibe aldı. Pandeminin hesaplamalı problem çözmeye kritik bir odaklanmayı teşvik ettiğini sözlerine ekleyen Warinner, “Başlangıçta bu teknolojiyi 10 yıl içinde geliştirme hedefiyle yola çıktık, ancak üç yılda en önemli dönüm noktasına ulaştık” dedi.
Araştırmacılar, bir genomun dizili DNA parçalarından dijital olarak yeniden bir araya getirilmesine olanak tanıyan, de novo birleştirme adı verilen mevcut bir genetik teknikle işe başladılar. Radcliffe Enstitüsü'nde Sally Starling Seaver Doçenti unvanını da taşıyan Warinner, “Bu, çok fazla veriye sahip olmanızı gerektiriyor çünkü temel olarak parçaları üst üste bindiriyorsunuz ve bu parçalardan tüm genomu oluşturmaya çalışıyorsunuz” dedi. “Bunun antik DNA için imkansız olacağı düşünülüyordu çünkü parçalarımız çok küçük ve çok hasarlıydı.”
Warinner ve ortak yazarları, ultra kısa DNA parçaları üzerinde çığır açan bir buluşa ulaşana kadar tekniği sistematik olarak test edip optimize ettiler. 12 Neandertalin (40.000 ila 102.000 yıl öncesine ait) ve 34 insanın (150 ila 30.000 yaş arası) diş tartarından toplanan DNA'ya de novo birleştirme uyguladılar.
Bu, araştırmacıların çoğunluğunun oral bakteriler olduğu tespit edilen birkaç yüz farklı genomu yeniden yapılandırmasına olanak sağladı. Warinner, “Olağan şüphelilere ek olarak, daha önce bilinmeyen bazı genomları da yeniden yapılandırmayı başardık” dedi. “Dolayısıyla bu, yeni sözlü türlerin keşfedilmesine yol açtı.”
Yeniden yapılandırılmış genomlar, Pleistosen dönemi tartarında bulunan iki bakteri türü için özellikle yüksek kalitedeydi. Bu genomlar daha ileri araştırmaların odağı haline geldi çünkü çok çeşitli kimyasallar üretebilen enzimleri kodlayan, biyosentetik gen kümeleri olarak bilinen özel bir gen dizisi içerdiler. Warinner, “Bakteriler bu şekilde gerçekten karmaşık ve kullanışlı kimyasallar üretiyor” diye açıkladı. “Neredeyse tüm antimikrobiyallerimiz ve ilaç tedavilerimizin çoğu, sonuçta bu tür bakteriyel biyosentetik gen kümelerinden kaynaklanıyor.”
Ekip, gen dizilerini yeniden oluşturduktan sonra genetik materyali sentezledi ve canlı bakterilere aktardı; bu bakteriler de antik genler tarafından kodlanan biyokimyasalları üretmeye devam etti. Warinner, “Bu, montajlarımızın doğru olduğunun bir onayıdır” dedi, “çünkü hatalar olsaydı hiç işe yaramazdı.”
Daha sonra, muzaffer araştırma ekibi, Pleistosen'in kimyasal çeşitliliğini keşfetmeye devam etmek için tekniklerini kullanmayı planlıyor ve sonunda yeni terapötik moleküller (hatta belki bir antibiyotik) üreten türleri keşfetme umuduyla. Warinner, “Artık bu süreci ölçeklendirebiliriz” dedi. “Birdenbire biyokimyasal geçmişe dair anlayışımızı büyük ölçüde genişletebiliyoruz.”