Секвенирована сильно разрушенная и загрязненная ДНК гибралтарских неандертальцев

Используя новый метод пробоподготовки, исследователи проанализировали ДНК двоих неандертальцев, чьи останки были найдены на Гибралтаре в середине XIX и начале XX века. Эти неандертальцы были одними из первых, обнаруженных человечеством, однако климат в этом регионе не способствует сохранению ДНК, поэтому анализ генома был трудной задачей.

Изображение:

Гибралтар 1 — череп неандертальской женщины, найденный в 1848 году сержантом Эдмундом Флинтом.

Credit: AquilaGib - CC BY-SA 3.0 | CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20237521

Используя новый подход к созданию геномной библиотеки, исследователи из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге, Германия, и Музея естественной истории, Лондон, собрали вместе участки ядерного и митохондриального геномов гибралтарских неандертальцев. Оказалось, что один из них, найденный в карьере Форбс, генетически ближе к неандертальцам, 120 000 лет назад населявшим территории современных Германии и Бельгии, чем к неандертальцам, жившим 50 000–70 000 лет назад в России и Испании.

Останки, найденные в карьере Форбс в 1848 году, предположительно принадлежали пожилой женщине. Другой образец, из Дэвилс-Тауэр, был обнаружен в 1926 году и, по мнению антропологов, принадлежал мальчику 3–5 лет. Точно неизвестно, сколько лет этим останкам, они датируются в диапазоне от 30 до 130 тысячелетий назад. Оба образца заметно загрязнены ДНК современного человека. Чтобы сосредоточиться на древней ДНК, исследователи использовали новый метод подготовки геномной библиотеки, нацеленный на молекулы, содержащие урацил. Он позволяет выявить деаминирование цитозина — повреждение ДНК, часто встречающееся в древних образцах.

Чтобы увеличить объем генетической информации, который можно получить из небольшого количества гибралтарского материала, исследователи разработали два метода подготовки геномной библиотеки для образцов, чья ДНК обогащена урацилом: А-концевой и простой. Оба метода включают конвертирование одноцепочечных молекул ДНК в двуцепочечные библиотечные молекулы с биотинилированной адаптерной последовательностью (адаптером) на обоих концах. Эти молекулы иммобилизуют на покрытом стрептавидином шарике. Затем урацил-ДНК-гликозилаза и эндонуклеаза IV вырезают урацилы из матричной нити, а образовавшиеся разрывы заполняет ДНК-полимераза с цепь-вытесняющей активностью, и нить, синтезированная на матрице урацил-содержащей ДНК, отделяется от шарика.

Разница между А-концевым и простым методами заключается главным образом в особенностях прикрепления адаптера. В первом случае адаптер присоединяется к 3’-концу молекулы, после чего начинается синтез комплементарной цепи и прикрепление второго адаптера с помощью липких концов. Простой метод включает меньше реакционных шагов: два одноцепочечных адаптера одновременно присоединяются к обоим концам молекулы до начала синтеза комплементарной цепи.

Используя этот метод, исследователи отсеквенировали гибралтарские образцы и сравнили результат с референсным геномом человека и с его более древней версией, включающей аллели из геномов неандертальцев и денисовцев. Всего было отсеквенировано 70 Мб ДНК индивида из карьера Форбс и 0,4 Мб — индивида из Девилс-Тауэр. На основе покрытия Х-хромосом и аутосом подтвердили, что индивид из карьера Форбс женского пола, а индивид из Девилс-Тауэр — мужского.

Филогенетический анализ митохондриального генома индивида из карьера Форбс и сравнение полученных данных с геномами 23 неандертальцев, 25 современных людей, 4 денисовцев и индивида из Пещеры Костей (Испания), показал, что он неандерталец, в очередной раз подтверждая состоятельность метода.

Сравнение ядерных геномов гибралтарских неандертальцев сравнили с геномами алтайского неандертальца, жившего около 130 000 лет назад, а также денисовца, современного африканца и 4 высших приматов. Выяснилось, что у индивидов из карьера Форбс и Девилс-Тауэр больше общих аллелей с алтайскими неандертальцами, чем со всеми остальными. Однако индивид из карьера Форбс больше похож на алтайского, чем индивид из Девилс-Тауэр.

Когда исследователи сосредоточились на отношениях неандертальца из карьера Форбс с другими неандертальцами, оказалось, что у него больше общих аллелей с образцами Виндия 33.19 и Чагырская 8 (которые жили 44 000 и 88 000 лет назад, соответственно), чем с алтайским неандертальцем. Тот факт, что утверждение оказалось верным и для других образцов, свидетельствует о вытеснении неандертальцев алтайского типа родственниками Виндии 33.19 (Хорватия). Однако, в отличие от всех остальных неандертальцев, индивид из карьера Форбс имел с образцом Чагырская-8 (Россия) не меньше общих аллелей, чем с Виндией 33.19, то есть генетически был одинаково близок обоим.

Исследователи также установили, что индивид из карьера Форбс, скорее всего, старше 49 000-летнего образца Эль-Сидрон 1253 (Испания), и, возможно, 60 000–70 000-летнего образца из Мезмайской пещеры (Россия).

Таким образом, существует возможность анализировать ДНК древних людей, живших в областях с теплым морским климатом. Возможно, в будущем удастся получить геномные данные и для образцов, найденных в местах с еще худшими условиями для сохранности ДНК.

Источник

Lukas Bokelmann et al. // A genetic analysis of the Gibraltar Neanderthals. // Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019; DOI: 10.1073/pnas.1903984116

Добавить в избранное

Вам будет интересно