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Wissenschaftler haben die größte Datenbank antiker DNA zusammengestellt, die auf den Knochen und Zähnen von fast 5.000 Menschen basiert, die von vor 34.000 Jahren bis zum Mittelalter in Westeuropa und Teilen Zentralasiens lebten.
Die Analyse dieses einzigartig detaillierten Pools alter genetischer Informationen legt nahe, dass Gene, die einst prähistorische Jäger und Sammler oder Hirten aus der Bronzezeit vor schädlichen Krankheitserregern geschützt haben könnten, heute das Risiko neurodegenerativer Erkrankungen wie Multipler Sklerose und Alzheimer bei Europäern erhöhen könnten.
Das ehrgeizige Fünfjahresprojekt, an dem ein Team aus 175 internationalen Experten beteiligt war, kombinierte zuvor bekannte antike Genome mit frisch sequenzierter DNA aus Hunderten von Skelettproben, die aus Museen und anderen Institutionen in ganz Europa stammten. Zusammengenommen bilden diese Daten die weltweit größte antike Genbank, so die am Projekt beteiligten Wissenschaftler.
Forscher konnten die Datenbank nutzen, um die Ausbreitung von Genen – und Krankheiten – im Laufe der Zeit während der Migration und Kreuzung von Populationen aufzuzeichnen und so aufzudecken, wie spezifische und dramatische Veränderungen in der Umwelt, wie etwa die Verlagerung von einem Jäger-Sammler-Lebensstil hin zur Landwirtschaft, bestimmte genetische Faktoren begünstigten Varianten.
Durch den Vergleich der alten DNA mit modernen Proben erlangten die Forscher ein neues biologisches Verständnis über schwächende Störungen und körperliche Merkmale in der heutigen Zeit. Die ersten Ergebnisse des Projekts wurden am Mittwoch in vier Artikeln in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
„Das Bemerkenswerte an diesem Datensatz ist, dass wir jetzt tatsächlich sehen können, was in der Vergangenheit passiert ist, wir können tatsächlich sehen, welche genetischen Varianten sich in der Vergangenheit aufgrund natürlicher Selektion in ihrer Häufigkeit geändert haben.“ Und das ermöglicht uns ein sehr, sehr detailliertes Bild“, sagte Rasmus Nielsen, Professor für integrative Biologie und Genetik an der University of California in Berkeley, der das Projekt mitgeleitet hat, bei einer Pressekonferenz diese Woche.
Eines der wichtigsten Ergebnisse der ersten Forschungsreihe, die auf mehr als 1.600 Genomen in der Datenbank basiert, bezog sich auf Multiple Sklerose, oft auch MS genannt, eine lebenslange Autoimmunerkrankung des Nervensystems, von der weltweit schätzungsweise 2,5 Millionen Menschen betroffen sind. Es handelt sich um eine komplexe Erkrankung, die durch mehrere Umwelt- und genetische Faktoren mit vielen möglichen Symptomen geprägt ist, darunter Seh-, Arm- oder Beinbewegungs-, Empfindungs- und Gleichgewichtsprobleme.
Die Studie stellte fest, dass Nordeuropäer am anfälligsten für die Krankheit seien, doch die Gründe dafür seien kaum bekannt.
Forscher nutzten die Datenbank, um die genetischen Ursprünge von Multipler Sklerose zu erforschen. Sie fanden heraus, dass das genetische Risiko, an dieser Krankheit zu erkranken, mit dem Anteil der Abstammung einer Gruppe antiker Hirten zusammenhängt, die vor etwa 5.000 Jahren domestizierte Tiere nach Europa einführten.
Diese nomadischen Rinder- und Schafhirten, bekannt als Yamnaya, stammten aus der pontischen Steppe, die sich von Südosteuropa bis nach Kasachstan erstreckt. Es wird angenommen, dass sie die ersten Reiter waren, was sie sehr mobil machte.
Als sie nach Westen nach Europa zogen, brachten sie spezifische genetische Varianten mit, die sich nach Ansicht der Forscher entwickelt haben, um die Nomaden vor Krankheitserregern zu schützen, die von domestizierten Tieren übertragen werden, so die Studie.
Diese genetischen Varianten könnten sich später für die europäische Bevölkerung als vorteilhaft erwiesen haben, als sie vom Jagen und Sammeln zur Landwirtschaft übergingen.
Und da die Yamnaya hauptsächlich nach Nordeuropa zog, kam das Team zu dem Schluss, dass der erhöhte Anteil pastoraler Abstammung bei den heutigen Nordeuropäern teilweise für die höhere Prävalenz der Krankheit dort verantwortlich sein könnte.
„Diese Ergebnisse haben uns alle verblüfft. Sie stellen einen großen Fortschritt in unserem Verständnis der Entwicklung von MS und anderen Autoimmunerkrankungen dar“, sagte William Barrie, Postdoktorand an der Zoologischen Abteilung der Universität Cambridge und Mitautor einer der Arbeiten, in einer Erklärung. „Die Darstellung, wie sich der Lebensstil unserer Vorfahren auf das moderne Krankheitsrisiko auswirkte, zeigt nur, wie sehr wir in einer modernen Welt Empfänger alter Immunsysteme sind.“
Heute seien die schützenden Vorteile dieser genetischen Varianten nicht mehr so nützlich, bemerkte Mitautorin Astrid Iversen, Professorin für Virologie und Immunologie an der Universität Oxford.
„Wir führen heute ein ganz anderes Leben als unsere Vorfahren, was Hygiene, Ernährung und medizinische Behandlungsmöglichkeiten angeht. In Kombination mit unserer Evolutionsgeschichte bedeutet dies, dass wir möglicherweise anfälliger für bestimmte Krankheiten sind als unsere Vorfahren, einschließlich Autoimmunerkrankungen wie MS.“ „, sagte Iversen in einer Erklärung.
Forscher kartierten auch die Ursprünge einer genetischen Variante, APOE ε4, von der bekannt ist, dass sie das Risiko für die Alzheimer-Krankheit erhöht. Das Gen wurde mit frühen Jäger-Sammler-Populationen in Verbindung gebracht, die einst im prähistorischen Europa lebten, wie eine der vier Studien ergab.
„DNA von Jägern und Sammlern ist in Nordosteuropa in größeren Mengen vorhanden, was bedeutet, dass in der Region ein erhöhtes genetisches Risiko für die Entwicklung der Alzheimer-Krankheit besteht“, sagte Barrie.
Ebenso geben die alten genetischen Informationen Aufschluss über die Evolutionsgeschichte von Merkmalen wie Körpergröße und Laktosetoleranz.
In einem Kommentar zur Forschung sagte Samira Asgari, Assistenzprofessorin für Genetik und Genomwissenschaften an der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York, dass es entscheidend sei, diese Art von Studien über Europa hinaus auf andere Regionen auszudehnen, um „besser zu verstehen“. wie Unterschiede in der Bevölkerungsgeschichte zum Risiko von Autoimmunerkrankungen wie Multipler Sklerose beigetragen haben könnten.“
„Obwohl die menschliche Biologie geteilt ist, hat jede Population eine einzigartige Geschichte und die Konzentration auf eine einzelne Population schränkt die Möglichkeiten für Entdeckungen ein, die Erkenntnisse bringen können, die die Medizin voranbringen“, schrieb Asgari, der nicht an den vier Studien beteiligt war.
Die neue Datenbank bietet die „bislang umfassendsten Einblicke in die genetische Geschichte einer Region“, sagte Tony Capra, außerordentlicher Professor für Epidemiologie und Biostatistik am Bakar Computational Health Sciences Institute der University of California in San Francisco.
„Dies hat es den Autoren ermöglicht, fehlende Details in unserem Verständnis sowohl darüber, wer wo und wann lebte, als auch darüber, wie natürliche Selektion die Merkmale moderner Individuen prägte, zu ergänzen“, sagte er.
Capra warnte jedoch, dass es „selten eine einfache Antwort darauf gibt, warum eine Population möglicherweise eine genetische Variante aufweist, während eine andere nicht vorhanden ist.“
„Die Evolutionsgeschichte unserer Spezies trägt heute viel zu unserer Gesundheit und unseren Eigenschaften bei“, sagte Capra, der nicht an der Forschung beteiligt war, per E-Mail.
„All diese genetischen Effekte werden jedoch sowohl damals als auch heute durch die Umwelt moduliert. Und bei den meisten Merkmalen, einschließlich MS, sind die genetischen Auswirkungen das Ergebnis mehrerer genetischer Varianten“, sagte er. „Letztendlich können wir nicht sagen, dass MS von Populationen aus der Bronzezeit stammt, aber die Bewegungen und Umgebungen dieser Populationen tragen heute zu Unterschieden im MS-Risiko bei.“