Ερωτήματα που μπορούν να απαντηθούν από τη μελέτη αρχαϊκού DNA

του Κωνσταντίνου Τριανταφυλλίδη

Ομότιμου Καθηγητή Γενετικής και Γενετικής Ανθρώπου. Τμήμα Βιολογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσ/νίκης

Αυτή την εποχή γίνονται πολλές συζητήσεις σχετικά με τον τάφο της Αμφίπολης και τις πληροφορίες που μπορούν να συλλεχθούν με τη μελέτη του γενετικού υλικού, του DNA δηλ., των οστών  και της γνάθου (δοντιών) που ανακαλύφθηκαν. Γενετιστές σε συνεργασία με άλλους επιστήμονες θα επιδοθούν σε αγώνα δρόμου προκειμένου να ιχνηλατήσουν την ταυτότητα του νεκρού. Οι συγκεκριμένες DNA αναλύσεις, την τελευταία δεκαετία, έχουν αναπτυχθεί σε   καταπληκτικό βαθμό και έχουν δώσει απαντήσεις σε μέχρι τώρα άλυτα ερωτήματα. Αξίζει να υπενθυμιστούν δύο παραδείγματα: α) Οστά που βρέθηκαν σε ανασκαφή στην Αγγλία διαπιστώθηκε ότι ανήκαν στον βασιλιά Ριχάρδο, και β) Μετά την αποκρυπτογράφηση της γενετικής σύστασης μουμιών της Αιγύπτου διαπιστώθηκε ποιες μούμιες ήταν οι γονείς του Τουταγχαμών.

Α) Ανασύνθεση της γενετικής καταγωγής και συγγένειας του νεκρού

     Α.1. Ιχνηλάτηση της γενετικής ταυτότητας  του  νεκρού. Αρχικά προσδιορίζεται η γενετική ταυτότητα του νεκρού  με τη χρήση αυτοσωματικών δεικτών STRs, δεικτών του χρωμοσώματος Υ (σε περίπτωση άνδρα), δεικτών του μιτοχονδριακού DNA, απλών νουκλεοτιδικών πολυμορφισμών (SNPs) και με την αποκωδικοποίηση της αλληλουχίας όλου του γενετικού υλικού, με μηχανήματα ανάλυσης DNA  δεύτερης  γενιάς. Έπειτα το γενετικό προφίλ του νεκρού συγκρίνεται με υπάρχουσες πολλαπλές τράπεζες DNA. Εφόσον ταυτοποιηθεί επαρκής αριθμός γενετικών δεικτών μπορεί να καταταγεί το DNA κάθε ατόμου  σε μία από τις 5 ηπείρους με απόλυτη ακρίβεια και  με πιθανότητα 95% στη σωστή γεωγραφική-χωρική καταγωγή του. Με απλά λόγια να προσδιοριστεί αν ο νεκρός γεννήθηκε στην Ευρώπη ή στην Ασία και σε ποια γεωγραφική περιοχή κάθε ηπείρου.

    Α.2. Συγγενικές σχέσεις του νεκρού της Αμφίπολης με τους νεκρούς της Βεργίνας. Το γενετικό προφίλ του νεκρού μπορεί να συγκριθεί με το αντίστοιχο γενετικό προφίλ νεκρών της Βεργίνας. Με απόλυτη ακρίβεια  διαπιστώνεται η συγγενική σχέση πατέρα-γιού. Αν π.χ. στον τάφο της Αμφίπολης είναι θαμμένος ο Μέγας Αλέξανδρος, τότε ως γιος του Φιλίππου θα φέρει την ίδια γενεαλογική γραμμή του χρωμοσώματος Υ. Παρόμοια χρησιμοποιώντας γενεαλογικές γραμμές του χρωμοσώματος Υ, καθώς και του μιτοχονδριακού DNA,  μπορεί να διαπιστωθεί ποιοι νεκροί είχαν την ίδια πατροπλευρική και μητροπλευρική γενεαλογική γραμμή. Τέλος, μπορεί να δημιουργηθεί πλήρες γενεαλογικό δένδρο με τις συγγενικές σχέσεις όλων των νεκρών που ανακαλύφθηκαν στην βασιλική νεκρόπολη της Βεργίνας, όπως έχει ήδη γίνει  για μέλη της 18^ης δυναστείας Φαραώ της Αιγύπτου.

     Α3. Σύγχρονοι άνθρωποι, απόγονοι του νεκρού. Συγκρίνοντας το γενετικό υλικό του νεκρού με υπάρχουσες γενετικές τράπεζες από σύγχρονους  Έλληνες, ίσως μπορεί να ταυτοποιηθούν άτομα που έχουν κομμάτια της γενετικής σύστασης του νεκρού. Υπάρχει  πλέον ακόμη και η δυνατότητα να συγκριθεί το DNA των σημερινών κατοίκων μιας περιοχής με το DNA που θα απομονωθεί από οστά προϊστορικών ή ιστορικών νεκροπόλεων από τον ίδιο γεωγραφικό χώρο, όπως ήδη έχει γίνει για τους Μινωίτες και τους σημερινούς κατοίκους της Κρήτης για να τεκμηριωθεί η ύπαρξη γενετικής συνέχειας ή ασυνέχειας αυτού του πληθυσμού, και στην προκειμένη περίπτωση των Ελλήνων.

Β)  Προσδιορισμός του φύλου. Ο αρχικός προσδιορισμός του φύλου μπορεί να γίνει από τη εξέταση της λεκάνης, του κρανίου ή των μακρών οστών του σκελετού. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις όπου οι μετρήσεις των μορφολογικών στοιχείων του σκελετού  δεν επιτρέπουν να καθοριστεί το φύλο του νεκρού, π.χ. όταν δεν αναβρεθεί πλήρης σκελετός ή σε σκελετούς βρεφών. Σε αυτές τις περιπτώσεις, αλλά και για επιβεβαίωση των συμπερασμάτων, προσδιορίζεται το φύλο του νεκρού και με  ανάλυση του DNA. Οι εμπορικές τυποποιημένες συσκευασίες διαπίστωσης πατρότητας με μεθοδολογίες DNA χρησιμοποιούν για το σκοπό αυτό τον φυλοπροσδιοριστικό γενετικό δείκτη της αμελογενίνης  (AMEL). Το γενετικό αποτύπωμα του άνδρα δείχνει πρότυπο δύο ζωνών/κορυφών, ενώ της γυναίκας  πρότυπο μίας ζώνης/κορυφής.  Ωστόσο πρέπει να τονιστεί ότι έχει διαπιστωθεί αποτυχία του προσδιορισμού του φύλου, σε  ποσοστά που κυμαίνονται από 0,2% έως 8% ακόμη και σε ζώντες. ΄Υστερα από αυτό, και για απόλυτη εξακρίβωση του φύλου ενός νεκρού προτείνεται να εξετάζονται και άλλοι τρεις γενετικοί δείκτες, οι SRY, TSPY και DXYS156.

Γ)  Προσδιορισμός ορατών βασικών φαινοτυπικών χαρακτηριστικών του νεκρού: η «DNA φωτογραφία» του.

     Γ1) Χρωματισμός  επιδερμίδας,  μαλλιών και  ματιών. Η μελανίνη είναι το κύριο βιοπολυμόριο που είναι υπεύθυνο για τον χρωματισμό του ανθρώπου. Ο χρωματισμός της επιδερμίδας και των μαλλιών εξαρτώνται από τις διαφορές στην ποσότητα και στον τύπο της μελανίνης που συντίθεται, καθώς και από το σχήμα και την κατανομή των μελανοκυττάρων σε διαφορετικούς ιστούς. Τα πρωτεϊνικά προϊόντα πάρα πολλών γονιδίων συμμετέχουν στη βιοσύνθεση και κατανομή της μελανίνης. ΄Εχουν αναπτυχθεί αυτόματα πρωτόκολλα για την πρόβλεψη του χρώματος των ματιών, των μαλλιών, και της επιδερμίδας από DNA που έχει απομονωθεί από σκελετικά ευρήματα της νεολιθικής εποχής. Με DNA μεθοδολογίες διαπιστώθηκε π.χ. ότι ο άνθρωπος των πάγων είχε καστανά μάτια.  Παρόμοια, η ανάλυση του DNA δύο μεσολιθικών κυνηγών-τροφοσυλλεκτών, ενός από το Λουξεμβούργο  και ενός από την Ισπανία, έδειξε ότι είχαν γενετική σύσταση για γαλανά μάτια, ενώ ήταν φορείς  αλληλομόρφων αρκετών γονιδίων που καθορίζουν το μελαμψό χρώμα της επιδερμίδας και των μαλλιών.

    Μερικά παραδείγματα που μας επιτρέπουν να εξάγουμε συμπεράσματα. α) Αλληλόμορφα στο γονίδιο MC1R είναι υπεύθυνα για ανοιχτόχρωμη επιδερμίδα και κόκκινων μαλλιών στους ανθρώπους. β) Το γονίδιο TYR, που καθορίζει τη βιοσύνθεση του ενζύμου της τυροσινάσης, είναι πολυμορφικό στους Ευρωπαίους. Αλληλόμορφά του σχετίζονται με ανοιχτόχρωμη επιδερμίδα και την απουσία φακίδων. γ) Αλληλόμορφο του γονίδιου SKC45A2 (MATP)  σχετίζεται με ανοιχτό χρώμα επιδερμίδας, μαλλιών και ματιών. δ) Το γονίδιο HEC2 είναι υπεύθυνο για τον χρωματισμό της ίριδας (καστανό/γαλανό), καθώς επίσης για τον χρωματισμό της επιδερμίδας και των μαλλιών.

    Γ2) Προσδιορισμός μορφολογίας τριχών. Ανάμεσα στους Ευρωπαίους, 45% των ατόμων έχουν  ίσια μαλλιά, 40% έχουν κυματοειδή μαλλιά και 15% έχουν σγουρά μαλλιά. Τα γονίδια EDAR και FGFR2 έχουν συσχετιστεί με λεπτές και ίσιες τρίχες στους Ασιάτες, ενώ η  μορφολογία των ίσιων τριχών των Ευρωπαίων επηρεάζεται από το γονίδιο TCHH, της τριχουαλλίνης. Η DNA ανάλυση αυτών των γονιδίων επιτρέπει να εκτιμηθεί η μορφολογία των τριχών του νεκρού, όταν ήταν εν ζωή.

    Γ3) Προσδιορισμός του αναστήματος. Η διαμόρφωση  του ύψους ενός ατόμου οφείλεται σε ποσοστό 80% στο DNA του και κατά 20% στη διατροφή και σε άλλους περιβαλλοντικούς παράγοντες. Ερευνητικές κοινοπραξίες εκτίμησαν  ότι τουλάχιστον 420 γονίδια καθορίζουν το ύψος ενός ανθρώπου. Αναπτύσσονται κατάλληλα τεστ με τα οποία να προβλέπεται το πιθανό ύψος ενός ατόμου. ΄Αρα ο έλεγχος αυτός γίνεται μόνο σε ερευνητικό στάδιο.

Δ) Υγεία- παθήσεις του νεκρού όταν ήταν εν ζωή. Η ανάλυση του γενετικού υλικού του σκελετού μπορεί να δώσει πολύ περισσότερες απαντήσεις, πέρα από τα βασικά ορατά χαρακτηριστικά του ανθρώπου, όπως για την κατάσταση της υγείας του εν ζωή,  καθώς και τυχόν λοιμογόνες μολύνσεις ή γενετικές παθήσεις:

      Δ1.  Θάνατος λόγω λοιμογόνων βακτηρίων, π.χ. χολέρας ή πανώλης, που οδήγησαν στον θάνατό του. Είναι ήδη διαθέσιμες κατάλληλες μικροβιακές DNA διατάξεις για την ανίχνευση μικροβίων. Κλασικό παράδειγμα αποτελεί η ανίχνευση του λοιμογόνου παράγοντα που προκάλεσε τον λοιμό των αρχαίων Αθηνών, δηλ.  του μικρόβιου Salmonella enterica (ορότυπος Typhi) που προκαλεί τυφοειδή πυρετό.

      Δ2.  Θάνατος/προδιάθεση για κληρονομικές ασθένειες. Σήμερα είναι δυνατή η μοριακή διάγνωση τουλάχιστον 1.000 κληρονομικών ασθενειών και ο έλεγχος προδιάθεσης εκδήλωσης πολλών ασθενειών Η δυνατότητα αυτή άρχισε να επεκτείνεται ήδη και στη διερεύνηση αρχαϊκού σκελετικού υλικού. Μπορεί πλέον να εκτιμηθεί η συχνότητα ορισμένων ασθενειών, το αίτιο μιας απλής κληρονομικής ασθένειας ή μιας μορφολογικής ανωμαλίας. Έτσι διαπιστώθηκε ότι ο άνθρωπος των πάγων παρουσίαζε δυσανεξία στη λακτόζη και είχε αυξημένο κίνδυνο προδιάθεσης για καρδιοπάθεια, ενώ δεν ανιχνεύτηκαν μεταλλάξεις που προκαλούν β-θαλασσαιμία σε δείγματα οστών της Μινωικής εποχής από το οροπέδιο του Λασιθίου.

Ε) Εκτίμηση της ηλικίας. Ο ανθρωπολογικός προσδιορισμός της ηλικίας ενός ατόμου βασίζεται στη μελέτη του σκελετού και των δοντιών. Είναι σχετικά εύκολος όταν είναι διαθέσιμος ολόκληρος ο σκελετός.  Ο μοριακός προσδιορισμός της ηλικίας ενός νεκρού είναι απαραίτητος, όταν είναι διαθέσιμα μερικά μόνο οστά από τον σκελετό. ΄Εχουν αναπτυχθεί  μοριακές μεθοδολογίες εκτίμησης της ανθρώπινης ηλικίας, όπως  η συσσώρευση μεταλλάξεων στο μιτοχονδριακό DNA, η βράχυνση των τελομερών, και η αναδιάταξη του DNA σε συγκεκριμένα γονίδια. Αβεβαιότητα +/-  3-5 χρόνια.

ΣΤ) Προβληματισμοί. Το σοβαρότερο  πρόβλημα στις  αναλύσεις DNA από ανθρώπινα λείψανα είναι ο μεγάλος κίνδυνος επιμολύνσεων ακόμη και από το DNA αρχαιολόγων ή και των βιολόγων/ερευνητών και ως εκ τούτου και η πιθανή εξαγωγή παραπλανητικών αποτελεσμάτων. Συνεπώς το κυριότερο μέλημα όσων θα ασχοληθούν με τον νεκρό της Αμφίπολης είναι η διασφάλιση της εγκυρότητας και αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων. Μάλιστα, για να μην αμφισβητηθούν τα αποτελέσματα των εξετάσεων/αναλύσεων θα πρέπει: α) όλες οι εξετάσεις/αναλύσεις να γίνονται σε κατάλληλους αποστειρωμένους εργαστηριακούς χώρους  β) να χρησιμοποιούνται δύο τουλάχιστον διαφορετικά, ανεξάρτητα και με μεγάλη εμπειρία ανάλυσης αρχαϊκού σκελετικού/γενετικού υλικού ερευνητικά εργαστήρια. γ) Σύμφωνα με έμπειρους γενετιστές η απομόνωση γενετικού υλικού από σκελετούς τάφων της Κλασσικής εποχής και της εποχής του Χαλκού είναι δυνατή, αν και σε αρκετές περιπτώσεις είναι δύσκολη έως αδύνατη η απομόνωση γενετικού υλικού. Ας ελπίσουμε ότι θα απομονωθεί γενετικό υλικό τουλάχιστον από τα δόντια του νεκρού της Αμφίπολης.

Ζ) Ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Τα επιστημονικά στοιχεία που θα συλλέξουν οι ανθρωπολόγοι, γενετιστές, μικροβιολόγοι, χημικοί, αρχαιομέτρες και άλλοι επιστήμονες περιττεύει να αναφερθεί ότι θα ερμηνευτούν από αρχαιολόγους/ιστορικούς σε συνδυασμό με αρχαιολογικά, ιστορικά και άλλα στοιχεία.

Σημείωση:

Το κείμενο του αξιότιμου καθηγητή Γενετικής και Γενετικής ανθρώπου κ. Κωνσταντίνου Τριανταφυλλίδη μας το έστειλε φίλος και αναγνώστης μας βιολόγος.Ο καθηγητής είναι και συγγραφέας του βιβλίου που κυκλοφόρησε πρόσφατα (ΕΔΩ) με τίτλο «Η γενετική ιστορία της Ελλάδας, το DNA των Ελλήνων» Μετά την δημοσιοποίηση στον ελληνικό και διεθνή τύπο και ΜΜΕ σημαντικών δεδομένων από την ανάλυση του γενετικού υλικού των Ελλήνων, και των Ελλήνων της Κύπρου αλλά και άλλων λαών της Ευρασίας όπως ήταν αναμενόμενο, προκάλεσαν έντονες και ποικίλων διαστάσεων συζητήσεις στην επιστημονική κοινότητα, αλλά και σε σημαντική μερίδα πολιτών, από την πρωτοτυπία των εν λόγω ευρημάτων. Για πρώτη φορά οι συγγραφείς των εν λόγω δημοσιευμάτων πρόκειται να παρουσιάσουν τα σημαντικότερα δεδομένα τους αλλά και να τα συζητήσουν κατά την διάρκεια της συζήτησης Στρογγυλής Τράπεζας με τίτλο «Με αφορμή την Γενετική Ιστορία των Ελλήνων και Κυπρίων»  που πραγματοποιείται στα πλαίσιο του συνεδρίου της Πανελλήνιας Ένωσης Βιοεπιστημόνων «Ανθρωπος και Περιβάλλον» στις 5-7/12/2014 στο ΙΙΒΕΑΑ Εισηγητές θα είναι οι: 

Τριανταφυλλίδης Κώστας, Ομότιμος Καθηγητής Γενετικής ΑΠΘ

Δέλτας Κώστας, Καθηγητής Γενετικής, Τμήμα Βιολογικών Σπουδών, Παν/μιο Κύπρου και Περιστέρα Πάσχου, Επίκουρη Καθηγήτρια Γενετικής Πληθυσμών, Τμήμα Μοριακής Βιολογίας και Γενετικής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης. Θα ακολουθήσει συζήτηση με συμμετοχή των συνέδρων