III./5. fejezet: Milyen molekuláris módszereket alkalmazhatunk populációk genetikai történetének meghatározására?

Az emberek közötti nagyfokú genetikai hasonlóság ellenére mégis adódik lehetőség az egyes populációk közötti különbségek megállapítására, melyek felhasználhatóak a populációk genetikai rokonsági viszonyainak, vándorlási útvonalainak feltérképezésére. A populációk közötti genetikai viszonyok megértésében a molekuláris genetika újabb eredményei nagymértékben segítségünkre vannak. Az utóbbi időkben nyílt rá lehetőség, hogy összevessük régen élt genetikai populációk jellegzetességeit a mai genetikai populációk jellegzetességével.

Lássuk, melyek azok az eltérések, amelyek ezeknek a leírására alkalmasak lehetnek.

Olyan sokalakúságot mutató markereket, azaz polimorfizmusokat kell megvizsgálnunk, amelyek legalább 2 allélvariánssal rendelkeznek, tehát ugyanabban a locusban találhatóak, és meglehetősen hasonlítanak egymáshoz, de mégsem teljesen azonosak, ezeket más néven polimorfizmusoknak nevezzük.

III./5.1. A mitokondriumok genetikája

A mitokondriumok, azaz a sejtek energiatermelő szervecskéinek 16569 bázispárból álló bázissorendjét a Nature egyik 1981-es számában közölték. Önálló genomja egy átlagos emberi kromoszóma 1/8000-ed része, több száz, vagy több ezer példányban fordulnak elő, az össz DNS-ünk 0,5-1%-át teszik ki. Minden egyes sejtben ugyanolyan típusú polimorfizmusokat hordozó mitokondriumot találunk, ezt homoplazmiának hívjuk. A mitokondriumok nagyrésze génekkel telített, 37 gén található itt, rendkívül kompakt elrendezésben, ugyanis a génekben között nincsenek intronok. A mitokondriumok genomja kettős szálú kör alakú molekula, mely citozin és guanin tartalma alapján elkülöníthető két külön, nehéz és könnyű szálból (H és L) épül fel. A D-huroknak (D, azaz displacement loop) azt a struktúrát nevezzük, amelyen belül nem találhatóak gének, a H lánc átíródási kezdőpontjának közelében található. Ezen a területen a H lánc replikációja során átmeneti 3-as szálú struktúra jön létre, és az így egyszálúvá vált régi H lánc ki van téve a mitokondrium oxidoredukciós tevékenysége eredményeképpen nagy mennyiségben jelenlévő oxigén szabadgyökök hatásának, melyek elsősorban pontmutációt okoznak. Mivel ezek a mutációk nem esnek át a minden sejtben meglévő javító mechanizmuson, és a következő generációkban rögzülhetnek és 10000 évenként egy mutáció keletkezését és populációszintű rögzülését feltételezve) egyfajta biológiai óraként használhatók. Az óra pontos idejének beállításához olyan földtani, paleontológiai tényeket használunk, amelyek időpontját tudjuk, vagy meg tudjuk becsülni (1. ábra).

1. ábra

A mitokondrionális DNS-t alkalmazzuk a populációk anyai eredetének a kutatásaiban, ugyanis a mitokondriumok kizárólag anyai ágon öröklődnek. Azért anyai ágon, mert a megtermékenyülés során a petesejtbe kizárólag a spermium szorosan pakolódott, a haploid genomot tartalmazó feje jut be, az apai mitokondriumokat tartalmazó nyaki és farok rész kivételével. Tehát a petesejt mitokondriumai adódnak át az utódokba, függetlenül attól, hogy fiú vagy lány utódról van szó. A mitokondriumok öröklődése során nem játszódik le rekombináció, így kifejezetten alkalmas anyai ágú öröklődés, illetve populációk genetikai eredetének nyomonkövetésére (2. ábra)

2. ábra

A mitokondrionális szekvencia variációi adják az egyének haplotípusát, az azonos haplotípusba sorolható egyének pedig haplocsoportokat alkotnak. 1987-ben a Nature-ben 3 kutató, Wilson, Cann és Stoneking közölte, hogy 143 különböző etnikumhoz tartozó egyén mitokondrionális D-hurok szekvenciáját hasonlították össze, és ebből a szekvenciából egy származási fát konstruáltak. Azt találták, hogy a különböző földrészeken élő emberek általában egy helyre összpontosulnak a származási fán, de a különböző földrészeken lakó egyének előfordulnak a fa más részein is. 

A DNS alapú rokonsági fák már nagyon nagy precizitásúak, ezeknek a segítségével alkották meg a Föld benépesítésének időrendi térképét. Az újgenerációs DNS szekvenálás lehetővé teszi a teljes mitokondriális genom populációszintű összehasonlítását, az anyai eredetű rokonsági viszonyok modern vizsgálatában ma már ezt a módszert alkalmazzák a D-loop szekvencia helyett.

III./5.2. A mitokondriumok vizsgálata

A mitokondrionális DNS szekvencia alapján a változások idősorrendjét is figyelembe véve, a mitokondriumok keletkezési mutációs eseményei alapján visszajuthatunk egyetlen egy egyénhez, aki az előbb elmondott szabályszerűségeknek megfelelően nő kellett, hogy legyen, akit a későbbiekben mitokondrionális Évaként emlegetünk.

III./5.2.1. Hol élt a mitokondrionális Éva?

Afrikában, és a molekuláris óra következtében azt is tudjuk, hogy körülbelül 150-200 ezer évvel ezelőtt és nincs köze a Bibliai Évához.

III./5.2.2. Vajon mitokondrionális Éva volt az egyetlen élő nő abban az időben Afrikában?

Természetesen nem, nagyon sok nő élt akkoriban, de nekik nincsenek ma élő utódaik, mert lehet, hogy terméketlenek voltak, vagy megették őket az oroszlánok, mindenesetre a ma élő populáció egyetlenegy nőhöz vezethető vissza Afrikában.

III./5.2.3. Miért gondoljuk, hogy Afrikában élt ez az illető?

A mitokondrionális D-hurok szekvencia változatosságát megnézve azt találjuk, hogy a legnagyobb változatosság az afrikai kontinensen található a Földön. 27 haplocsoport fordul elő, és ebből 13 megtalálható az afrikai kontinensen. Tehát azt mondhatjuk, hogy a nagyobb változatosság régebbi kort jelöl, hiszen több tízezer évnek kellett eltelnie, amíg ezek a változatosságok kialakultak és populáció szinten rögzültek. 

III./5.2.4. Mitokondrionális Éva párja, Ádám

Az Y kromoszómának van egy régiója, amely szintén nem rekombinálódik és kifejezetten polimorfikus, így apáról fiúra szállva szintén alkalmas genetikai történet vizsgálatra. Éva mellett Ádámról is elmondható, hogy gyökerei szintén Afrikából erednek, és találkozhatott Évával.