Dna-analys

GENTEKNIK. Ge­ne­tik­pro­fes­sor Mat­ti­as Ja­kobs­son står bakom fle­ra av de se­nas­te upp­täck­ter­na om vå­ra för­fä­der. Han tror att dna-analys i fram­ti­den blir det standardverktyg för ar­ke­o­lo­gin som kol­fjor­ton-da­te­ring är i dag.

Populär Arkeologi - - Innehåll - AV MARIE ALPMAN FO­TO MAGNUS BERGSTRÖM/ KNUT OCH ALICE WALLENBERGS STIFTELSE

r skå­pet på ar­bets­rum­met på Av­del­ning­en för män­ni­skans evo­lu­tion på Uppsa­la uni­ver­si­tet ploc­kar Mat­ti­as Ja­kobs­son fram små plast­på­sar med ben­bi­tar. En av på­sar­na in­ne­hål­ler ett öron­ben. – Öron­ben är en fa­vo­rit. Det är ex­tra hårt och kom­pakt och fun­ge­rar som en bra för­pack­ning för dna-ma­te­ri­a­let. Tän­der är ock­så väl­digt an­vänd­ba­ra, sä­ger han och hål­ler upp en an­nan på­se med en gul­nad tand.

För tu­sen år se­dan till­hör­de den en män­ni­ska i nu­va­ran­de Frank­ri­ke. Ur tan­den har en mi­ni­mal bit bor­rats bort. Ingrep­pet är omöj­ligt att se, än­då in­ne­hål­ler det ut­bor­ra­de tand­pulv­ret till­räck­ligt myc­ket dna för att Mat­ti­as Ja­kobs­son och hans kol­le­ger ska kun­na kart­läg­ga i prin­cip he­la arvs­mas­san – ge­nom­et – hos den här gam­la in­di­vi­den. – Re­sul­ta­tet blir li­ka bra som från ett sa­liv­prov från en nu­ti­da män­ni­ska, för­kla­rar han.

På mind­re än tio år har tek­ni­ken för att ana­ly­se­ra gam­malt dna ge­nom­gått en ma­ka­lös ut­veck­ling. Från att ha va­rit ett oer­hört mö­do­samt och tidsö­dan­de ar­be­te att ens få fram små snut­tar ge­ne­tiskt ma­te­ri­al, går det i dag att lä­sa av ett helt ge­nom på någ­ra må­na­der. En av­gö­ran­de or­sak är att se­kven­se-rings­ma­ski­ner­na, som av­lä­ser den ge­ne­tis­ka ko­den, har bli­vit ef­fek­ti­va­re sam­ti­digt som kost­na­der­na sjun­kit dra­ma­tisk. Och tek­ni­ken fort­sät­ter att ut­veck­las.

– Vi hål­ler till ex­em­pel på med en ny me­tod att ta pro­ver så att vi kan få ut tio gång­er mer dna ur sam­ma mängd ben, sä­ger Mat­ti­as Ja­kobs­son.

De förs­ta dna-kart­lägg­ning­ar­na

av gam­la ske­lett bygg­de på så kal­lat mi­to­kond­rie-dna. Det är lät­ta­re att ana­ly­se­ra ef­tersom var­je cell in­ne­hål­ler fle­ra tu­sen mi­to­kond­ri­er. Nack­de­lar­na är att det ba­ra in­ne­hål­ler en li­ten mängd ge­ne­tiskt ma­te­ri­al och att det ba­ra ärvs på mö­der­net.

I Mat­ti­as Ja­kobs­sons labb är mi­to­kond­rie-tek­ni­ken nu­me­ra pas­sé. Här fo­ku­se­rar fors­kar­na på kärn-dna, det vill sä­ga dna från cell­kär­nan, som in­ne­hål­ler al­la de tre mil­jar­der bas­par som män­ni­skans arvs­mas­sa be­står av. Det be­ty­der att fors­kar­na får myc­ket mer in­for­ma­tion att job­ba med.

– Det full­kom­ligt ex­plo­de­rar. Ba­ra att lag­ra allt är en ut­ma­ning. Det hand­lar om hund­ra­tals te­ra­byte.

Med hjälp av avan­ce­ra­de be­räk­ning­ar och su­per­da­to­rer väx­er en ny bild fram av vår ti­di­ga historia ur all da­ta. Mat­ti­as Ja­kobs­son och hans kol­le­ger har bi­dra­git med fle­ra vik­ti­ga pus­sel­bi­tar.

År 2012 pre­sen­te­ra­de de det förs­ta ge­ne­tis­ka be­vi­set för att jord­bru­ket kom till Skan­di­na­vi­en ge­nom invandring. Ana­ly­ser

av kärn-dna vi­sa­de tyd­li­ga skill­na­der mel­lan bon­de­be­folk­ning­en och sam­ti­da jä­ga­re. Stu­di­en, som pub­li­ce­ra­des i Sci­ence, fick stor upp­märk­sam­het och har se­na­re be­kräf­tats i mäng­der av lik­nan­de kart­lägg­ning­ar.

I no­vem­ber förra året kom en ny stu­die i Sci­ence som vi­sar att den mo­der­na män­ni­skan upp­stått ti­di­ga­re än vad man ti­di­ga­re trott. Till­sam­mans med fors­ka­re i Syd­af­ri­ka räk­na­de Uppsa­la-tea­met fram att det fanns mo­der­na män­ni­skor – Ho­mo sa­pi­ens –i söd­ra Afri­ka för mel­lan 260 000 och 350 000 år se­dan, om­kring 100 000 år ti­di­ga­re än vad fors­kar­na ti­di­ga­re räk­nat med (se Po­pu­lär ar­ke­o­lo­gi 5/17).

Och i ja­nu­a­ri i år kun­de fors­kar­na för förs­ta gång­en ge­ne­tiskt vi­sa att mi­gra­tio­nen till Skan­di­na­vi­en ef­ter se­nas­te is­ti­den kom från bå­de sö­der och nord­ost (se si­dan 7).

– Vi är mitt i en väl­digt spän­nan­de ut­veck­ling. När vi ser till­ba­ka om 50 år kom­mer vi att för­stå hur oer­hört snabbt det går just nu, sä­ger Mat­ti­as Ja­kobs­son. Fram­för allt får vi en myc­ket mer de­tal­je­rad bild av vår ti­di­ga ut­veck­ling.

Dna av­slö­jar in­te ba­ra släkt­skap och hur de ti­di­ga män­ni­skor­na rör­de sig. Ge­ner­na bär på in­for­ma­tion om egen­ska­per som färg på hud, ögon och hår. Me­to­der­na för att av­gö­ra hud- och ögon­färg ut­i­från dna-analys hål­ler på att ut­veck­las och är än­nu in­te helt på­lit­li­ga, ef­tersom de byg­ger på sta­tistik av fle­ra ge­ne­tis­ka mar­kö­rer.

Det ge­ne­tis­ka ar­vet av­gör även så­dant som lak­to­sin­to­le­rans i vux­en ål­der och ma­la­ri­a­re­sistens. Just hur sjuk­do­mar har upp­kom­mit och spri­dits ge­nom histo­ri­en är ett om­rå­de som det fors­kas allt­mer på.

– Sjuk­do­mar kopp­la­de till ge­ne­tik är jät­te­spän­nan­de och nå­got som vå­ra me­di­cins­ka kol­le­ger blir mer och mer in­tres­se­rad av, sä­ger Mat­ti­as Ja­kobs­son.

För att få fler att anam­ma den se­nas­te dna-tek­ni­ken vill han gö­ra den mer till­gäng­lig. Till­sam­mans med An­ders Göt­her­ström vid Stock­holms uni­ver­si­tet har han där­för ta­git ini­ti­a­tiv till ett nytt na­tio­nellt labb för analys av gam­malt dna – An­ci­ent dna fa­ci­li­ty.

Lab­bet, som blir en del av det na­tio­nel­la Sci­ence for li­fe la­bo­ra­to­ry, är på gång, och de förs­ta pi­lot­pro­jek­ten pla­ne­ras till hös­ten. När det är i full drift ska ar­ke­o­lo­ger och and­ra fors­ka­re kun­na skic­ka si­na ben­bi­tar för att få svar på frå­gor kopp­la­de till va­ri­a­tio­ner i arvs­mas­san. Den kan va­ra allt från en en­kel köns­be­stäm­ning till en kom­plex analys av släkt­skap mel­lan fle­ra oli­ka in­di­vi­der. Det nya lab­bet blir en ny, av­skild del av det be­fint­li­ga lab­bet för gam­malt dna som lig­ger en bit bort i kor­ri­do­ren på Av­del­ning­en för män­ni­skans evo­lu­tion. Ef­ter att per­so­na­len har för­säk­rat sig om att jag in­te har be­sökt någ­ra and­ra ge­ne­tis­ka labb får jag tit­ta in ge­nom dör­ren till om­kläd­nings­rum­met. Någ­ra vi­ta roc­kar häng­er på kro­kar. En stängd dörr le­der in till en luftsluss. När jag för­sö­ker ta ett kliv över trös­keln blir det stopp. Ren­hets­kra­ven är ri­go­rö­sa. De som ar­be­tar i lab­bet bär vi­ta ove­ral­ler, hår­nät och vi­sir fram­för an­sik­tet. Mins­ta dammkorn ut­i­från kan in­ne­hål­la mäng­der med dna som smut­sar ner de käns­li­ga pro­ver­na.

Mat­ti­as Ja­kobs­son för­kla­rar

i stäl­let hur pro­ces­sen går till. Först bor­ras i ett prov ur be­net. Det pul­ve­ri­se­ra­de be­net be­hand­las ke­miskt så att dna kan ex­tra­he­ras och ko­pie­ras. Ef­tersom det har gått tu­sen­tals år se­dan tan­dens äga­re dog har de långa spi­ral­for­ma­de dna-mo­le­ky­ler­na bru­tits ner till kor­ta snut­tar på un­ge­fär 50 bas­par. Dess­utom är det upp­blan­dat med dna från svam­par, bak­te­ri­er och an­nat som ock­så finns i be­net.

– I vis­sa fall kan 99 pro­cent va­ra så­dant som vi in­te är in­tres­se­ra­de av.

Ti­di­ga­re var det ett tungt ar­be­te att sål­la bort allt ovid­kom­man­de dna. Nu skic­kas rubb och stubb för av­läs­ning. Ef­ter att ha märkts så att dna-bi­tar­na kan kopp­las till ett visst prov, skic­kas pro­ver­na vi­da­re till de topp mo­der­na se­kvens e rings ma­ski­ner­na på Sci­ence for li­fe la­bo­ra­to­ry en bit bort på

uni­ver­si­tets­om­rå­det. Blixt­snabbt tug­gar de sig ige­nom al­la de mil­jar­der dna-snut­tar som finns i var­je prov. Ut­kom­mer ord­ning­en på de A,T,C och G som de är upp­bygg­da av.

När se­kven­ser­na väl fast­ställts tar su­per­da­to­rer­na vid. Med hjälp av oli­ka ana­lys­pro­gram sor­te­ras dna från bak­te­ri­er och an­nat bort så att ba­ra mänsk­ligt dna finns kvar. Likt ett gi­gan­tiskt pus­sel sätts snut­tar­na ihop till ett helt ge­nom med hjälp av en re­fe­rens. Näs­ta steg är att av­gö­ra om det rör sig om rik­tigt gam­malt dna. Det kan ju li­ka gär­na kom­ma från ar­ke­o­lo­gen som gräv­de fram ske­let­tet för kanske hund­ra år se­dan.

Men även det pro­ble­met kla­rar da­to­rer­na. Nyc­keln är en ke­misk pro­cess som ger ett visst ska­de­möns­ter på dna:t och som för­änd­ras med ti­den.

Re­sul­ta­tet blir en när­mast full­stän­dig se­kvens av al­la de tre mil­jar­der bas­par som det mänsk­li­ga ge­nom­et be­står av. Men fors­kar­na nö­jer sig in­te med det. För att få rik­tigt hög kva­li­tet på in­for­ma­tio­nen se­kven­se­ras sam­ma ge­nom dess­utom fle­ra gång­er.

Att få fram ge­ne­tisk da­ta med så hög upp­lös­ning från gam­la ske­lett har ba­ra va­rit möj­ligt un­der någ­ra få år, och an­ta­let in­di­vi­der som kart­lagts på det här sät­tet är högst be­grän­sat. Men ju fler in­di­vi­der­na blir, desto mer kan vi lä­ra oss om vå­ra ti­di­ga för­fä­der.

I pro­jek­tet The At­las of 1 000 an­ci­ent ge­nom­es kart­läg­ger Mat­ti­as Ja­kobs­son den ge­ne­tis­ka va­ri­a­tio­nen hos 1 000 in­di­vi­der som lev­de för mel­lan 1 000 och 50 000 år se­dan i Eu­ro­pa och Asi­en. Ar­be­tet ska re­sul­te­ra i en öp­pen da­ta­bas som även in­ne­hål­ler ar­ke­o­lo­gis­ka da­ta, iso­to­pa­na­ly­ser och mil­jö­da­ta. Må­let är att ge den hit­tills mest de­tal­je­ra­de bil­den av hur för­histo­ri­ens män­ni­skor lev­de och rör­de sig. Pro­jek­tet leds ge­men­samt med An­ders Göt­her­ström och Jan Storå vid Stock­holms uni­ver­si­tet, och ett 30-tal ge­ne­ti­ker, ar­ke­o­lo­ger och os­te­o­lo­ger del­tar.

En an­nan stor frå­ga som Mat­ti­as Ja­kobs­son sö­ker svar på är hur vi en gång blev mo­der­na män­ni­skor. Sva­ret sö­ker han i Afri­ka dit han re­ser fle­ra gång­er var­je år.

– Vårt an­grepps­sätt är att tit­ta på den ge­ne­tis­ka va­ri­a­tio­nen hos mo­der­na män­ni­skor och jäm­fö­ra med för­hi­sto­ris­ka in­di­vi­der och för­sö­ka fånga de dju­pas­te för­gre­ning­ar­na.

Sci­ence- stu­di­en från i hös­tas byg­ger på den här ty­pen av be­räk­ning­ar. Nu är han på jakt ef­ter fler in­tres­san­ta ben som kan bi­dra med nya led­trå­dar om vil­ka vik­ti­ga ge­ne­tis­ka för­änd­ring­ar som sked­de fö­re 300 000 år se­dan och som gjor­de oss till dem vi är i dag.

Han tror att sva­ret är mer kom­pli­ce­rat än vad vi ti­di­ga­re trott.

– Skul­le jag sat­sa peng­ar på nå­got så är det att den mo­der­na män­ni­skan ut­veck­lats på fle­ra oli­ka plat­ser i Afri­ka som se­dan ut­veck­lats till oss.

Om och hur de oli­ka grup­per­na i så fall möt­tes är fort­fa­ran­de oklart. En an­nan stor frå­ga är vil­ka ge­ner som var av­gö­ran­de för Ho­mo sa­pi­ens do­mi­nans.

För att hit­ta sva­ret på den­na och al­la and­ra sto­ra frå­gor om vårt ur­sprung kom­mer gen­tek­ni­ken att bli ett allt vik­ti­ga­re verk­tyg. – Ac­cep­tan­sen för dna-ana­ly­ser väx­er bland ar­ke­o­lo­ger som yt­ter­li­ga­re ett sätt att för­stå forn­ti­den. I fram­ti­den tror jag att det kom­mer att bli ett standardverktyg på sam­ma sätt som kol-fjor­ton-da­te­ring­en är nu, sä­ger Mat­ti­as Ja­kobs­son.

”Det blir den stan­dard som kol-fjor­ton-da­te­ring är nu”

STANDARDVERKTYG

Dna-ana­ly­sen blir vad kol-fjor­ton-da­te­ring­en är i dag.

Det rå­der stränga ren­hets­krav i lab­bet.

Marie Alpman är ve­ten­skaps­jour­na­list på Forsk­ning & Fram­steg

Dna be­va­ras ex­tra bra i tän­der och de an­vänds där­för of­ta för ana­ly­ser.

Newspapers in Swedish

Newspapers from Sweden

© PressReader. All rights reserved.