חוקרים שחזרו בהצלחה את הגנום והמבנים הכרומוזומליים התלת-ממדיים של ממותה צמרית בת 52,000 שנה, פריצת דרך באמצעות DNA עתיק שנשמר בייבוש בהקפאה. קרדיט: twoday.co.il.com
מחקר פורץ דרך מיפה את הגנום והארכיטקטורה הכרומוזומלית התלת-ממדית של ממותה צמרית בת 52,000 שנה, חושף פרטים על הפעילות הגנטית שלה ומציע סיכויים חדשים למחקר ביטול הכחדה.
צוות בינלאומי של חוקרים הרכיב את הגנום והמבנים הכרומוזומליים התלת-ממדיים של ממותה צמרית בת 52,000 שנה. זו הפעם הראשונה שהישג כזה הושג עבור כל עתיק DNA לִטעוֹם.
הכרומוזומים המאובנים, שהם בערך פי מיליון ארוכים מרוב שברי ה-DNA העתיקים, מספקים תובנה לגבי האופן שבו הגנום של הממותה היה מאורגן בתוך התאים החיים שלה ואילו גנים היו פעילים ברקמת העור שממנה הופק ה-DNA. רמה חסרת תקדים זו של פירוט מבניים נשמרה מכיוון שהממותה עברה ייבוש בהקפאה זמן קצר לאחר מותה, מה שאומר שה-DNA שלה נשמר במצב דמוי זכוכית.
התוצאות מוצגות היום (11 ביולי) בכתב העת תָא.
צילום של רגל ממותה בסביבת פרמפרוסט. קרדיט: אוהב את דאלן
התקדמות באדריכלות גנומית
"זהו סוג חדש של מאובנים, וקנה המידה שלו מתגמד מזה של שברי DNA עתיקים בודדים – פי מיליון יותר רצף", אומר המחבר המקביל ארז ליברמן איידן, מנהל המרכז לארכיטקטורת הגנום במכללת ביילור לרפואה. "זו גם הפעם הראשונה שקריוטיפ מסוג כלשהו נקבע עבור מדגם עתיק."
הכרת הארכיטקטורה התלת מימדית של הגנום מספקת מידע נוסף מעבר לרצף שלו, אבל רוב דגימות ה-DNA העתיקות מורכבות מקטעי DNA מקושקשים מאוד. בהתבסס על עבודת מיפוי המבנה התלת-ממדי של הגנום האנושי, איידן חשב שאם ניתן יהיה למצוא את דגימת ה-DNA הקדומה הנכונה – אחת עם הארגון התלת-ממדי של השברים עדיין שלם – ניתן יהיה להשתמש באותן אסטרטגיות להרכבת גנומים עתיקים.
שימור DNA חסר תקדים
החוקרים בדקו עשרות דגימות במהלך חמש שנים לפני שנחתו על ממותה צמרית שהשתמרה בצורה יוצאת דופן שנחפרה בצפון מזרח סיביר בשנת 2018. "אנחנו חושבים שהיא התייבשה באופן ספונטני בהקפאה זמן קצר לאחר מותה", אומרת הסופרת המקבילה אולגה דודצ'נקו. של המרכז לארכיטקטורת הגנום במכללת ביילור לרפואה. "הארכיטקטורה הגרעינית במדגם מיובש יכולה לשרוד במשך פרק זמן ארוך להפליא."
כדי לשחזר את הארכיטקטורה הגנומית של הממותה, החוקרים חילצו DNA מדגימת עור שנלקחה מאחורי אוזן הממותה. הם השתמשו בשיטה הנקראת Hi-C המאפשרת להם לזהות אילו קטעים של DNA צפויים להיות בסמיכות מרחבית ולקיים אינטראקציה זה עם זה במצבם הטבעי בגרעין.
תובנות לגנטיקה של הממותה הצמרית
"דמיין שיש לך פאזל עם שלושה מיליארד חלקים, אבל אין לך את התמונה של הפאזל הסופי לעבוד ממנה", אומר הסופר המקביל מארק א. מרטי-רנום, פרופסור מחקר של ICREA וגנומיקאי מבנים במרכז הלאומי d'Anàlisi Genòmica (CNAG) והמרכז לרגולציה גנומית (CRG) בברצלונה. "Hi-C מאפשר לך לקבל קירוב של התמונה הזו לפני שתתחיל להרכיב את חלקי הפאזל."
לאחר מכן, הם שילבו את המידע הפיזי מניתוח Hi-C עם רצף DNA כדי לזהות את קטעי ה-DNA המקיימים אינטראקציה וליצור מפה מסודרת של הגנום של הממותה, תוך שימוש בגנום של הפילים של ימינו כתבנית. הניתוח גילה שלממותות צמריות היו 28 כרומוזומים – זהה למספר של הפילים האסייתים והאפריקאים של ימינו. למרבה הפלא, כרומוזומי הממותה המאובנים שמרו גם על כמות עצומה של שלמות פיזית ופרטים, כולל ננומטרי לולאות שמביאות גורמי שעתוק במגע עם הגנים שהם שולטים בהם.
על ידי בחינת המידור של גנים בתוך הגרעין, החוקרים הצליחו לזהות גנים שהיו פעילים ולא פעילים בתאי העור של הממותה – פרוקסי לאפיגנטיקה או תעתיק. לתאי העור הממותה היו דפוסי הפעלת גנים מובהקים בהשוואה לתאי העור של קרוב משפחתו הקרוב ביותר, הפיל האסייתי, כולל גנים הקשורים בפוטנציה לצמריות ולסבילות לקור שלו.
השלכות על מאמצי ביטול ההכחדה
"לראשונה, יש לנו רקמת ממותה צמרית שעבורה אנחנו יודעים בערך אילו גנים הופעלו ואילו גנים כבויים", אומרת מרטי-רנום. "זהו סוג חדש יוצא דופן של נתונים, וזה המדד הראשון לפעילות הגנים הספציפיים לתא של הגנים בכל דגימת DNA עתיקה."
למרות שהשיטה המשמשת במחקר זה תלויה במאובנים שהשתמרו בצורה יוצאת דופן, החוקרים אופטימיים שאפשר להשתמש בה כדי לחקור דגימות DNA עתיקות אחרות – מממותות ועד מומיות מצריות – כמו גם דגימות מוזיאון שהשתמרו לאחרונה.
עבור ממותות, השלבים הבאים יכללו בחינת הדפוסים האפיגנטיים של רקמות אחרות. "לתוצאות אלו יש השלכות ברורות על מאמצים עכשוויים שמטרתם ביטול הכחדת ממותה צמרית", אומר הסופר המקביל מ' תומס גילברט, פליאו-גנומיקאי באוניברסיטת קופנהגן ובאוניברסיטה הנורבגית למדע וטכנולוגיה.
מחקר זה נתמך על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאותהקרן הלאומית למדע, קרן וולץ', המכון הרפואי מקנייר, קרן המדע הדו-לאומית של ארה"ב-ישראל, Ministerio de Ciencia e Innovación הספרדית, מועצת המחקר האירופית, מועצת המחקר השוודית והאיחוד האירופי.
