2022 Nobel Tıp Ödülü (resmi adı ile Nebel Fizyoloji ve Tıp Ödülü) pür Biyoloji ve Evrime gitti: PaleoBiyoloji çalışmaları için Svante Pääbo‘ya.
Nobel Ödülüne layık görülen konu: “Daha önce bilinmeyen insan atalarına ait türlerin keşfi de dahil olmak üzere soyu tükenmiş insanların genomik yapıları ve kendi evrimimize dair anlayışımızı ileri götüren devrim niteliğinde çalışmalar“. Yani diğer bir deyimle bu yılki Nobel Tıp Ödülü, soyu tükenmiş atalarımızın DNA’ları üzerinde yapılan çalışmalara gittti.
Ödülü kazanan: Paleontoloji’de böyle bir alanın (paleogenomics) kurulmasını sağlayan Almanya’daki Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü’nden Prof. Svante Pääbo.
Öncü araştırması sayesinde Svante Pääbo, görünüşte imkansız görünen bir şeyi başardı: günümüz insanının soyu tükenmiş bir akrabası olan Neandertal’in genomunu sıralamak. Ayrıca daha önce bilinmeyen bir hominin olan Denisova’nın sansasyonel keşfini yaptı. Daha da önemlisi, Pääbo, yaklaşık 70.000 yıl önce Afrika’dan göçün ardından, şimdi soyu tükenmiş bu homininlerden Homo sapiens‘e gen aktarımının gerçekleştiğini de keşfetti. Günümüz insanlarına giden bu eski gen akışı, örneğin bağışıklık sistemimizin enfeksiyonlara nasıl tepki verdiğini etkilemek gibi, günümüzde fizyolojik bir öneme sahiptir.
Modern alerjilerin temelinde insan-Neandertal ilişkileri olabilir. Neandertal kuzenlerimizden miras kalan üç gen (Toll-benzeri reseptörlerden TLR6-TLR1-TLR10), modern insanlar arasında bu genelri taşıyanların allerjiye duyarlı aşırı hassas bir bağışıklık sistemine sahip olmasına neden olabilir.
Miras , 40.000 yıldan fazla bir süre önce uzak ataları Neandertaller veya yakın akrabaları Denisovalılar ile cinsel ilişkiye girdikten sonra modern insanlara geçen üç genden geliyor .
Bu yılın Nobel Tıp Ödülü yaşam bilimlerinin yaşamsal önemini ve “icatların” değil ancak “keşiflerin” önemini bir daha gösterdi…
3 Yıldır dünyayı avucunun içine almış nanometre boyutlarında bir virüs, aşılar vs… Ancak, bu yılın Nobel Tıp Ödülü de diğer birçoğu gibi mRNA aşısı gibi “icat” yani bir “yeniliğe” değil, pür bilime yani bir “keşfe” verildi: PaleoBiyoloji
Paleobiyoloji
Fosil kayıtlarını kullanarak Dünya’daki yaşamın kökeni ve tarihini incelemeye odaklanan bir doğa bili dalı. Paleobiyoloji, biyosfer ve fiziksel Dünya arasındaki etkileşimlere odaklanan jeobiyoloji ile karıştırılmamalıdır. Paleobiyolojik araştırma , moleküler evrim ve yaşamın evrimsel tarihi hakkındaki soruları yanıtlamaya çalışır. Bunu yapmak için milyonlarca yıllık fosilleri, kullanır, DNA ve RNA örneklerinin biyokimyasal analizini yapar, filogenetik ağaçların inşasını sağlar.
Diğer bir deyimle, bu yılın Nobel Tıp Ödülü “İnsanların Evrimi” konusuna verilmiş oldu…
20. yy’lın sonlarında ve 21. yy’da geliştirilen “DNA Teknolojileri” sayesinde, fosillerden elde ettiğimiz fiziksel (kafatsı yapısı, kemikler, vs) verilere genetik veriler de eklendi… (örn. sadece annemizden bize geçen mitokondri’deki DNA ve sadece babamızdan bize geçen Y kromozomundaki DNA)
Fosillerden DNA izolasyonu ve karakterizasyonu… Evrimsel yakınlık ilikisinde kullanımı…
Dolayısı ile soyu tükenmiş insan genomları çalışmaları ile Svante Pääbo bu yılın yani 2022’nin Nobel Tıp Ödülünü Kazandı…
Modern insanların gezegene nasıl yayıldığının ve sanat ve teknolojiyle karmaşık kültürleri nasıl icat ettiğinin hikayesi genomlarımızda yazılıdır. Modern insanın (Homo sapiens) yani bizlerin DNA’mızın çoğu benzersizdir, ancak Neandertaller ve diğer eski homininlerle paylaştığımız önemli dizi benzerliklerine sahibiz. Bu genetik farklılıkları anlamak, bizi biz yapan şeyin ne olduğunu anlamanın anahtarıdır.
Ancak genetik materyal son derece kırılgandır. Antik kemiklerde keşfedilen DNA’nın çoğu oldukça bozulmuş, kimyasal olarak değişmiş ve kontaminasyonla lekelenmiştir. Pääbo, uzun yıllar süren ısrarlı çalışmalrıyla orijinal genomik içeriği yeniden oluşturmak için kırık DNA’yı izole etmeyi, kopyalamayı ve okumayı mümkün kılan bir dizi yeni teknik geliştirdi. Bu süreçte yeni bir bilimsel disiplin olan paleogenomiği kurdu. Dolayısı ile de “Soyu tükenmiş homininlerin genomları ve insan evrimi hakkındaki keşifleri” için 2022 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görüldü.
Pääbo ve meslektaşları, ilk insan genomunun yayınlanmasından sadece birkaç yıl sonra tüm Neandertal genomunun dizilimini ve Neandertallerin kardeş grubu olan Denisova‘lıların yeni bir antik insan formunu keşfetmeyi içeren bir dizi çığır açıcı keşif yaptılar. Bulguları, modern insanın Neandertaller ve Denisovalılarla önemli ölçüde karıştığını gösterdi. Onlardan edindiğimiz ve belirli modern popülasyonlarda daha yüksek frekanslarda bulunan bazı eski gen varyantları, örneğin, bazı insanların belirli virüslerle savaşmada neden daha iyi (Nendertallerin Toll-benzeri reseptör genleri TLR6-TLR1-TLR10) ve neden bazılarının yüksek rakımlarda (irtifa) yaşamaya daha iyi (Denisovanların EPAS1 geni sayesinde) adapte olduğunu açıklamaya yardımcı oldu.
Pääbo’nun grubu, bu farklı insan türlerinin genomlarını karşılaştırarak, Neandertallerin ve Denisovalıların 380.000 ila 470.000 yıl önce birbirinden ayrıldığını ve insanların ise bu iki türden yaklaşık 550.000 ila 760.000 yıl önce ayrıldığını tahmin etti. Denisovalılar, Neandertaller ve modern insanın en yakın ortak atasının yaklaşık bir milyon yıl önce yaşadığı düşünülüyor.
Kökenimiz ve bizi benzersiz kılan şey, eski zamanlardan beri insanlığı meşgul ediyor. Paleontoloji ve arkeoloji, insan evrimi çalışmaları için önemlidir. Araştırmalar, anatomik olarak modern insanın, yani Homo sapiens‘in ilk olarak yaklaşık 300.000 yıl önce Afrika’da ortaya çıktığını, en yakın akrabalarımız olan Neandertallerin ise Afrika dışında geliştiğini ve yaklaşık 400.000 yıldan 30.000 yıl öncesine nesilleri tükenene kadar Avrupa ve Batı Asya’ya yerleştiğine dair kanıt sağladı. Yaklaşık 70.000 yıl önce, Homo sapiens grupları Afrika’dan Orta Doğu’ya göç etti ve oradan dünyanın geri kalanına yayıldı. Homo sapiens ve Neandertaller böylece on binlerce yıl boyunca Avrasya’nın büyük bölümlerinde bir arada yaşadılar. Ancak soyu tükenmiş Neandertallerle olan ilişkimiz hakkında ne biliyoruz? İpuçları genomik bilgilerden elde edilebilir. 1990’ların sonunda, neredeyse tüm insan genomu dizilendi. Bu, farklı insan popülasyonları arasındaki genetik ilişkinin daha sonraki çalışmalarına izin veren önemli bir başarıydı. Bununla birlikte, günümüz insanları ve soyu tükenmiş Neandertaller arasındaki ilişkinin araştırılması, arkaik (eski) örneklerden elde edilen genomik DNA’nın dizilenmesini gerektirecekti.
Svante Pääbo, kariyerinin başlarında, Neandertallerin DNA’sını incelemek için modern genetik yöntemleri kullanma olasılığı karşısında büyülendi. Bununla birlikte, çok geçmeden aşırı teknik zorlukları fark etti. Çünkü zamanla DNA kimyasal olarak bozulur ve kısa parçalara ayrışır. Binlerce yıl sonra geriye sadece eser (iz) miktarda DNA kalır ve geriye kalanlar, bakterilerden ve çağdaş insanlardan gelen DNA ile büyük ölçüde kirlenir (aşağıdaki Şekil). Pääbo, evrimsel biyoloji alanında öncü olan Allan Wilson’ın doktora sonrası öğrencisi olarak, onlarca yıl süren bir çaba olan Neandertallerden DNA’yı incelemek için yöntemler geliştirmeye başladı.
1990’da Pääbo, yeni atanan bir Profesör olarak arkaik DNA üzerindeki çalışmalarına devam ettiği Münih Üniversitesi’nde göreve başladı. Neandertal mitokondrilerinden DNA’yı analiz etmeye karar verdi. Mitokondriyal genom küçüktür ve hücredeki genetik bilginin yalnızca bir kısmını içerir, ancak binlerce kopya halinde bulunur ve başarı şansını artırır. Pääbo, rafine yöntemleriyle 40.000 yıllık bir kemik parçasından mitokondriyal DNA bölgesini sıralamayı başardı. Böylece ilk kez soyu tükenmiş bir akrabadan bir diziye erişebildik. Çağdaş insanlarla ve şempanzelerle yapılan karşılaştırmalar, Neandertallerin genetik olarak farklı olduğunu gösterdi.
Küçük mitokondriyal genomun analizleri yalnızca sınırlı bilgi verdiğinden, Pääbo şimdi Neandertal nükleer (çekirdek) genomunu dizileme gibi muazzam bir zorluğu üstlendi. Bu sırada kendisine Almanya’nın Leipzig kentinde bir Max Planck Enstitüsü kurma şansı sunuldu. Yeni Enstitü’de Pääbo ve ekibi, arkaik kemik kalıntılarından DNA’yı izole etme ve analiz etme yöntemlerini istikrarlı bir şekilde geliştirdi. Araştırma ekibi, DNA dizilişini oldukça verimli hale getiren yeni teknik gelişmelerden yararlandı. Pääbo, popülasyon genetiği ve gelişmiş dizi analizleri konusunda uzmanlığa sahip birkaç kritik meslektaşı ile de çalıştı ve görünüşte imkansız olanı başardı ve 2010’da ilk Neandertal genom dizisini yayınlayabildi. Karşılaştırmalı analizler, Neandertallerin ve Homo sapiens’in en yakın ortak atasının yaklaşık 800.000 yıl önce yaşadığını gösterdi.
Pääbo ve çalışma arkadaşları artık Neandertaller ile dünyanın farklı bölgelerinden günümüz insanları arasındaki ilişkiyi araştırabiliyorlar. Karşılaştırmalı analizler, Neandertallerden elde edilen DNA dizilerinin, Afrika kökenli çağdaş insanlardan ziyade Avrupa veya Asya kökenli çağdaş insanlardan alınan dizilere daha benzer olduğunu gösterdi. Bu, Neandertallerin ve Homo sapiens‘lerin binlerce yıllık bir arada yaşamaları sırasında iç içe geçtikleri anlamına gelir. Avrupa veya Asya kökenli modern insanlarda, genomun yaklaşık %1-4’ü Neandertallerden kaynaklanmaktadır (aşağıdaki Şekil).
Sansasyonel bir keşif: Denisova
2008 yılında Sibirya’nın güneyindeki Denisova mağarasında 40.000 yıllık bir parmak kemiği parçası keşfedildi. Kemik, Pääbo’nun ekibinin sıraladığı, son derece iyi korunmuş DNA içeriyordu. Sonuçlar sansasyon yarattı: DNA dizisi, Neandertallerden ve günümüz insanından gelen bilinen tüm dizilerle karşılaştırıldığında benzersizdi. Pääbo, Denisova adı verilen daha önce bilinmeyen bir hominin keşfetmişti. Dünyanın farklı bölgelerinden çağdaş insanlardan alınan dizilerle yapılan karşılaştırmalar, Denisova ve Homo sapiens arasında da gen akışının meydana geldiğini gösterdi. Bu ilişki ilk olarak, bireylerin %6’ya kadar Denisova DNA’sı taşıdığı Melanezya ve Güney Doğu Asya’nın diğer bölgelerindeki popülasyonlarda görülmüştür.
Pääbo’nun keşifleri, evrimsel tarihimize dair yeni bir anlayış oluşturdu. Homo sapiens‘in Afrika’dan göç ettiği sırada, Avrasya’da en az iki soyu tükenmiş hominin popülasyonu yaşıyordu: Neandertaller batı Avrasya’da yaşarken, Denisovalılar kıtanın doğu kısımlarını doldurdu. Homo sapiens‘in Afrika dışına yayılması ve doğuya göç etmesi sırasında, sadece Neandertallerle değil, aynı zamanda Denisovalarla da karşılaşıp birbirlerine karıştılar (aşağıdaki Şekil).
Paleogenomik ve önemi
Çığır açan araştırması sayesinde Svante Pääbo tamamen yeni bir bilimsel disiplin olan paleogenomik alanını kurdu. İlk keşiflerin ardından, onun grubu soyu tükenmiş homininlerden birkaç ek genom dizisinin analizini tamamladı. Pääbo’nun keşifleri, insan evrimini ve göçü daha iyi anlamak için bilim topluluğu tarafından yaygın olarak kullanılan benzersiz bir kaynak oluşturdu. Dizi analizi için yeni güçlü yöntemler, arkaik homininlerin Afrika’da Homo sapiens ile karışmış olabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, tropikal iklimlerde arkaik DNA’nın hızlanmış bozulması nedeniyle Afrika’daki soyu tükenmiş homininlerden hiçbir genom dizileyemedi.
Svante Pääbo’nun keşifleri sayesinde artık soyu tükenmiş akrabalarımızdan gelen arkaik gen dizilerinin günümüz insanının fizyolojisini etkilediğini anlıyoruz. Böyle bir örnek, yüksek irtifada hayatta kalma avantajı sağlayan ve günümüz Tibetliler arasında yaygın olan EPAS1 geninin Denisova versiyonudur. Diğer örnekler, farklı enfeksiyon türlerine karşı bağışıklık tepkimizi etkileyen Neandertal genleridir.
Bizi benzersiz bir şekilde insan yapan nedir?
Homo sapiens, karmaşık kültürler, gelişmiş yenilikler ve figüratif sanat yaratma konusundaki benzersiz kapasitesinin yanı sıra açık suları (okyanusları) geçme ve gezegenimizin tüm bölgelerine yayılma yeteneği ile karakterizedir. Neandertaller de gruplar halinde yaşadılar ve büyük beyinleri vardı (aşağıdaki Şekil). Aletleri de kullandılar, ancak bunlar yüz binlerce yıl boyunca çok az gelişti. Homo sapiens ile soyu tükenmiş en yakın akrabalarımız arasındaki genetik farklılıklar, Pääbo’nun ufuk açıcı çalışmasıyla tanımlanana kadar bilinmiyordu. Devam eden yoğun araştırmalar, bizi benzersiz kılan şeyin ne olduğunu açıklama nihai hedefiyle bu farklılıkların işlevsel sonuçlarını analiz etmeye odaklanır.
İlginç! Baba ve oğul Nobel alan 3. aile… Bu yıl verilen Nobel Tıp Ödülü’nü kazanan Svante Pääbo’nun babası Sune K. Bergström da 1982 yılında hormon (prostaglandinler) araştırmaları için Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü kazanmış… vov… https://nobelprize.org/prizes/medicine/1982/bergstrom/facts/
Dr. Pääbo, Neandertallerin ve Denisovalıların iç içe geçtiğini keşfetti ve en eski halkların karışımlarına bir bakış açısı açtı.
Dr. Pääbo en çok Neandertallerin genomlarını dizilemesi ve onların çağdaşları Denisovalıları bir çocuğun parmak kemiğinden keşfetmesiyle tanınır. Ancak Google Akademik, 1980’lerin başlarına kadar uzanan antik genomların gizemine yaptığı yolculuğun derinliğini ve genişliğini ortaya koyuyor. Mağara ayılarından, yer tembellerinden, çiklit balıklarından, kanguru sıçanlarından, mamutlardan ve uzun bir hominin (biz ve son atalarımız) ve diğer maymunlardan oluşan genleri ve genomları sıralayan ekipleri yönetti.
Araştırma ekibi, 2008 yılında mağarada keşfedilen parmak kemiğinden alınan bir ön genom dizisine dayanarak 2010 yılında Denise adlı ilk Denisovalıyı tanıttı. Denise 32.000 ila 50.000 yıl önce yaşadı ve koyu teni, kahverengi gözleri ve saçları vardı. Onun genomu bazı Neandertal DNA dizilerini içeriyordu, bu da genomların bir miktar karıştırıldığının açık bir işaretiydi.
Kaynaklar:
Ödülün anonsu:
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022
Geneticist Awarded Nobel Prize for Studies of Extinct Human Ancestors
Neanderthal DNA in Modern Human Genomes Is Not Silent
Diğer kaynaklar:
Krings M, Stone A, Schmitz RW, Krainitzki H, Stoneking M, Pääbo S. Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. Cell. 1997:90:19-30.
Green RE, Krause J, Briggs AW, Maricic T, Stenzel U, Kircher M, Patterson N, Li H, Zhai W, Fritz MH, Hansen NF, Durand EY, Malaspinas AS, Jensen JD, Marques-Bonet T, Alkan C, Prüfer K, Meyer M, Burbano HA, Good JM, Schultz R, Aximu-Petri A, Butthof A, Höber B, Höffner B, Siegemund M, Weihmann A, Nusbaum C, Lander ES, Russ C, Novod N, Affourtit J, Egholm M, Verna C, Rudan P, Brajkovic D, Kucan Ž, Gušic I, Doronichev VB, Golovanova LV, Lalueza-Fox C, de la Rasilla M, Fortea J, Rosas A, Schmitz RW, Johnson PLF, Eichler EE, Falush D, Birney E, Mullikin JC, Slatkin M, Nielsen R, Kelso J, Lachmann M, Reich D, Pääbo S. A draft sequence of the Neandertal genome. Science. 2010:328:710-722.
Krause J, Fu Q, Good JM, Viola B, Shunkov MV, Derevianko AP, Pääbo S. The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature. 2010:464:894-897.
Reich D, Green RE, Kircher M, Krause J, Patterson N, Durand EY, Viola B, Briggs AW, Stenzel U, Johnson PL, Maricic T, Good JM, Marques-Bonet T, Alkan C, Fu Q, Mallick S, Li H, Meyer M, Eichler EE, Stoneking M, Richards M, Talamo S, Shunkov MV, Derevianko AP, Hublin JJ, Kelso J, Slatkin M, Pääbo S. Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature. 2010:468:1053-1060.
Meyer M, Kircher M, Gansauge MT, Li H, Racimo F, Mallick S, Schraiber JG, Jay F, Prüfer K, de Filippo C, Sudmant PH, Alkan C, Fu Q, Do R, Rohland N, Tandon A, Siebauer M, Green RE, Bryc K, Briggs AW, Stenzel U, Dabney J, Shendure J, Kitzman J, Hammer MF, Shunkov MV, Derevianko AP, Patterson N, Andrés AM, Eichler EE, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Science. 2012:338:222-226.
Prüfer K, Racimo F, Patterson N, Jay F, Sankararaman S, Sawyer S, Heinze A, Renaud G, Sudmant PH, de Filippo C, Li H, Mallick S, Dannemann M, Fu Q, Kircher M, Kuhlwilm M, Lachmann M, Meyer M, Ongyerth M, Siebauer M, Theunert C, Tandon A, Moorjani P, Pickrell J, Mullikin JC, Vohr SH, Green RE, Hellmann I, Johnson PL, Blanche H, Cann H, Kitzman JO, Shendure J, Eichler EE, Lein ES, Bakken TE, Golovanova LV, Doronichev VB, Shunkov MV, Derevianko AP, Viola B, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature. 2014:505: 43-49.
Svante Pääbo was born 1955 in Stockholm, Sweden. He defended his PhD thesis in 1986 at Uppsala University and was a postdoctoral fellow at University of Zürich, Switzerland and later at University of California, Berkeley, USA. He became Professor at the University of Munich, Germany in 1990. In 1999 he founded the Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology in Leipzig, Germany where he is still active. He also holds a position as adjunct Professor at Okinawa Institute of Science and Technology, Japan.
Karolinska Institutet’te 50 profesörden oluşan Nobel Meclisi, Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü verir. Nobel Komitesi adayları değerlendirir. 1901’den beri Nobel Ödülü, insanlığın yararına en önemli keşifleri yapan bilim adamlarına verilegelmekte
Bilim Blogu: Zor Olanı Sormak! 