dilluns, 3 d’octubre de 2022

La paleogenètica humana: Svante Paabo, Premi Nobel de Fisiologia 2022

Paleoantropologia: L'Assemblea Nobel del Karolinska Institutet ha anunciat avui la concessió del Premi Nobel de Fisiologia a Svante Pääbo, "per descobertes en relació a genomes d'homínids extingits i l'evolució humana". Pääbo ha estat pioner en les tècniques d'extracció i anàlisi d'ADN antic, i ha contribuït al coneixement genòmic de l'home de Neandertal i altres homes arcaics i a la seva petjada sobre l'home anatòmicament modern.

Imatge d'un espècimen d'húmer de neandertal del que el grup de Pääbo retirà un fragment per extraure'n l'ADN mitocondrial

Svante Pääbo

Svante Pääbo (*Estocolm, 20.4.1955) és fill de la química estoniana Karin Pääbo i del bioquímic suec Sune Bergström (1916-2004, Premi Nobel en el 1982). S'inicià en la recerca en temes de fisiologia de l'exercici i d'endocrinologia comparada (Pääbo et al., 1981). Es doctorà en el 1986 a la Universitat d'Uppsala amb una tesi sobre l'acció de la proteïna adenoviral E19 sobre el sistema immune de l'hoste (Pääbo et al., 1983; Andersson et al., 1985; Pääbo et al., 1986a; Pääbo et al., 1986b). Ben aviat s'interessà en qüestions d'ADN antic, i aconseguí la clonació molecular d'ADN procedents de mòmies egípcies (Pääbo, 1985). Era conscient de la rellevància que això podria tenir en la reconstrucció de processos etnohistòrics (Pääbo, 1987). Realitzà estades postdoctorals a la Universitat de Zuric i a la Universitat de Califòrnia a Berkeley. El 1997 assumí la direcció del Departament de Genètica de l'Institut Max Planck d'Antropologia Evolutiva. Actualment també és professor de l'Institut de Ciència i Tecnologia d'Okinawa.

El genoma dels neandertals

En desenvolupar-se les tècniques de seqüenciació d'àcids nucleics, hom pensava que només podrien aplicar-se a organismes vius i no pas a restes antigues de milers d'anys. Quan s'aconseguí extreure ADN d'aquestes restes, hom assumia que mai no se'n podria obtindre informació genètica exhaustiva. Però també aquesta barrera fou separada i la paleogenòmica accedí a l'estudi directe d'ADN antic.

En el laboratori d'Allan Wilson (1934-1991) a Berkeley, Pääbo treballà sobre el desenvolupament de tècniques adients per accedir a l'ADN antic. La reacció en cadena de la polimerasa no era absent de riscos (Pääbo & Wilson, 1988). Calia adaptar-les a les característiques de l'ADN antic (Pääbo et al., 1988). Eventualment aconseguí accedir a mostres d'ADN de més de 10.000 anys d'antiguitat (Pääbo, 1989), de forma que considerava inaugurada l'arqueologia molecular (Pääbo et al., 1989). Si les tècniques comparatives d'ADN mitocondrial resultaven útils per analitzar les relacions evolutives dels organismes actuals (Kocher et al., 1989) més fascinant era aplicar-les a animals extingits com el llop marsupial (Thomas et al., 1989)

A partir del 1990, ja com a professor a la Universitat de Munic, se centrà en l'ADN mitocondrial dels neandertals. Aconseguí seqüenciar un fragment d'ADN mitocondrial de restes òssies de 40.000 anys d'antiguitat. La seqüència, comparada amb la d'humans i de ximpanzés, mostrava elements distintius (Krings et al., 1997). Per primera vegada hom obtenia dades genètiques directes d'un grup humà extingit.

Els resultats de Pääbo impressionaren prou com perquè se li oferís d'establir un Max-Planck-Institut a Lepzig dedicat a la matèria. En el nou centre es milloraren les tècniques d'extracció i anàlisi d'ADN, guanyant-hi en rendiment.

Fruit d'una col·laboració interdisciplinar impulsada per Pääbo, en el 2010 es publicà la primera seqüència genòmica completa de l'home de Neandertal (Green et al., 2010). Aquest estudi permetia datar en 800.000 anys d'antiguitat l'època del darrer ancestre comú entre neandertals i homes anatòmicament moderns.

La descoberta dels denisovans

Durant un bon temps, es veia la paleogenètica com una mera ciència auxiliar de la paleoantropologia, útil per a complementar genealògicament les afinitats demostrades per l'anatomia o l'arqueologia. Però la descoberta dels denisovans per Pääbo posava de manifest que l'estudi de l'ADN mitocondrial antic podia revelar un grup humà ancestral que havia passat desapercebut.

Amb el coneixement de les seqüències d'ADN mitocondrials de neandertals, el grup de Pääbo veié clar que l'ADN extret d'un os de dit trobat el 2008 a la Cova de Denisova no hi encaixava (Krause et al., 2010). L'antiguitat d'aquestes restes era de 40.000 anys, però l'ADN mitocondrial no es corresponia ni a neandertals ni a homes anatòmicament moderns. Hom havia topat amb un tercer grup humà present a l'Euràsia Central de l'època, cosa que es va fer encara més evident amb una anàlisi del genoma nuclear (Meyer et al., 2012; Prüfer et al., 2014).

L'ADN mitocondrial és un ADN citoplasmàtic d'herència materna, en el sentit que l'embrió només en rep l'ADN mitocondrial de l'òvul. Així la reconstrucció de l'arbre filogenètic de l'ADN mitocondrial és un reflex del llinatge matern. En aquest gràfic de Krause et al. (2010) constatem com els denisovans són un grup extern a neandertals+moderns, alhora que els neandertals són un grup extern a les poblacions humanes modernes.

La introgressió de gens antics en genomes moderns

La paleogenètica podria ser vista com una curiositat sobre el nostre passat. El cas és que ens ha mostrat que de la gran diversitat de llinatges humans pretèrits el nostre és essencialment producte d'un evolucionat a Àfrica fa uns 100.000 anys. Neandertals i denisovans ens haurien de semblar uns oncles exòtics, però el cas és que, poc o molt, les poblacions humanes modernes n'han rebut en herència un grapat de gens adquirits per mestissatge i afavorits per processos sel·lectius. La recerca de Pääbo és, doncs, molt rellevant per entendre la població humana moderna, tant en aspectes fisiològics com patològics.

La recerca genòmica comparada del grup de Pääbo mostrava una major afinitat amb els neandertals de les poblacions eurasiàtiques modernes que no pas de les poblacions africanes. Calia pensar doncs en l'existència d'un flux genètic des dels neandertals fins a l'home anatòmicament modern. Quantitativament és un flux poc rellevant, amb un ventall que va de l'1% al 4% del genoma de les poblacions eurasiàtiques modernes.

Pel que fa als denisovans, el grup de Pääbo trobà que havien deixat petjada en el 6% del genoma de poblacions modernes del Sud-est d'Àsia i de Melanèsia (Reich et al., 2010).

La introgressió d'ADN d'homes arcaics en els homes moderns s'ha vist afavorida en certs casos per la selecció natural. Així el gen EPAS1 denisovà ha ajudat les poblacions tibetanes a adaptar-se a les condicions de l'altiplà.

Lligams:

- Comunicat de premsa de la Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet.

- Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. Matthias Krings, Anne Stone, Ralf W Schmitz, Heike Krainitzki, Mark Stoneking, Svante Pääbo. Cell 90: 19-30 (1997).

- A draft sequence of the Neandertal genome. Richard E Green, Johannes Krause, Adrian W Briggs, Tomislav Maricic, Udo Stenzel, Martin Kircher, Nick Patterson, Heng Li, Weiwei Zhai, Markus Hsi-Yang Fritz, Nancy F Hansen, Eric Y Durand, Anna-Sapfo Malaspinas, Jeffrey D Jensen, Tomas Marques-Bonet, Can Alkan, Kay Prüfer, Matthias Meyer, Hernán A Burbano, Jeffrey M Good, Rigo Schultz, Ayinuer Aximu-Petri, Anne Butthof, Barbara Höber, Barbara Höffner, Madlen Siegemund, Antje Weihmann, Chad Nusbaum, Eric S Lander, Carsten Russ, Nathaniel Novod, Jason Affourtit, Michael Egholm, Christine Verna, Pavao Rudan, Dejana Brajkovic, Željko Kucan, Ivan Gušic, Vladimir B Doronichev, Liubov V Golovanova, Carles Lalueza-Fox, Marco de la Rasilla, Javier Fortea, Antonio Rosas, Ralf W Schmitz, Philip L F Johnson, Evan E Eichler, Daniel Falush, Ewan Birney, James C Mullikin, Montgomery Slatkin, Rasmus Nielsen, Janet Kelso, Michael Lachmann, David Reich, Svante Pääbo. Science 328: 710-722 (2010)

- The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Johannes Krause, Qiaomei Fu, Jeffrey M. Good, Bence Viola, Michael V. Shunkov, Anatoli P. Derevianko, Svante Pääbo. Nature 464: 894-897 (2010).

- Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. David Reich, Richard E. Green, Martin Kircher, Johannes Krause, Nick Patterson, Eric Y. Durand, Bence Viola, Adrian W. Briggs, Udo Stenzel, Philip L. F. Johnson, Tomislav Maricic, Jeffrey M. Good, Tomas Marques-Bonet, Can Alkan, Qiaomei Fu, Swapan Mallick, Heng Li, Matthias Meyer, Evan E. Eichler, Mark Stoneking, Michael Richards, Sahra Talamo, Michael V. Shunkov, Anatoli P. Derevianko, Jean-Jacques Hublin, Janet Kelso, Montgomery Slatkin, Svante Pääbo. Nature 468: 1053–1060 (2010).

- A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Matthias Meyer, Martin Kircher, Marie-Theres Gansauge, Heng Li, Fernando Racimo, Swapan Mallick, Joshua G Schraiber, Flora Jay, Kay Prüfer, Cesare de Filippo, Peter H Sudmant, Can Alkan, Qiaomei Fu, Ron Do, Nadin Rohland, Arti Tandon, Michael Siebauer, Richard E Green, Katarzyna Bryc, Adrian W Briggs, Udo Stenzel, Jesse Dabney, Jay Shendure, Jacob Kitzman, Michael F Hammer, Michael V Shunkov, Anatoli P Derevianko, Nick Patterson, Aida M Andrés, Evan E Eichler, Montgomery Slatkin, David Reich, Janet Kelso, Svante Pääbo. Science 338: 222-226 (2012).

- The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Kay Prüfer, Fernando Racimo, Nick Patterson, Flora Jay, Sriram Sankararaman, Susanna Sawyer, Anja Heinze, Gabriel Renaud, Peter H. Sudmant, Cesare de Filippo, Heng Li, Swapan Mallick, Michael Dannemann, Qiaomei Fu, Martin Kircher, Martin Kuhlwilm, Michael Lachmann, Matthias Meyer, Matthias Ongyerth, Michael Siebauer, Christoph Theunert, Arti Tandon, Priya Moorjani, Joseph Pickrell, James C. Mullikin, Samuel H. Vohr, Richard E. Green, Ines Hellmann, Philip L. F. Johnson, Hélène Blanche, Howard Cann, Jacob O. Kitzman, Jay Shendure, Evan E. Eichler, Ed S. Lein, Trygve E. Bakken, Liubov V. Golovanova, Vladimir B. Doronichev, Michael V. Shunkov, Anatoli P. Derevianko, Bence Viola, Montgomery Slatkin, David Reich, Janet Kelso, Svante Pääbo. Nature 505: 43-49 (2014).