诺贝尔奖得主佩博:古人类基因研究或可帮助理解当代人健康

人类从何而来?去往何方?这些一直以来都是人类学家孜孜不倦试图去回答的问题,而佩博的研究,正是在基因学理论和技术发展的基础之上,对这些问题长达几十年的探索。2022 年,诺贝尔生理学或医学奖被授予斯万特·佩博(Svante Pääbo),表彰他在古人类学基因组研究中的贡献。结绳志邀请李黎博士简要地梳理了帕博及其团队的研究的学术研究,她目前正在马克斯·普朗克演化人类学研究所人类进化系担任博后研究员。感兴趣的读者也可以在文末找到文中引用的所有文献列表。

作者 / 李黎(马克斯·普朗克演化人类学研究所人类进化系的博后研究员)
编者 / 王菁

诺贝尔生理学或医学奖2022年得主斯万特·佩博的电话采访,来源:https://www.youtube.com/watch?v=gAxhRTpSgVM

2022 年诺贝尔生理学或医学奖被授予斯万特·佩博(Svante Pääbo,以下简称Pääbo),以表彰他对探索灭绝人类基因组和人类进化做出的贡献。

Pääbo目前任职于位于德国莱比锡的马克斯·普朗克演化人类学研究所的演化遗传学部门。作为古遗传学的奠基人之一,Pääbo致力于通过对古人类基因的分析来揭开人类进化的神秘面纱。

斯万特·佩博,图源UPI

Pääbo的博士论文专注于研究腺病毒E19 蛋白如何对免疫系统进行调节。然而在对病毒蛋白的相关研究之外,Pääbo在博士期间还在《自然》期刊上发表了对一具距今2400年的儿童埃及木乃伊基因检测的研究[1]。在这个研究中,他成功地检测并复制了这具木乃伊的基因序列,这也算是Pääbo之后对古人类基因的研究的开端。

FOXP2(Forkhead box protein P2)基因,又称叉头框P2基因,是一组与语言功能发育相关的基因。2002年,Pääbo的团队发现,在智人的进化过程中,这个有利于语言成长的FOXP2基因经历了选择性事件,并且最终取代了其它的等位基因[2]。然而,这一选择事件并未在其它灵长类动物(大猩猩、黑猩猩、红毛猩猩以及恒河猴)和哺乳动物(小鼠)中出现。由此,FOXP2被认为是智人语言形开发的关键因素之一,它的一些变异可能导致言语缺陷。然而,之后对FOXP2基因更完整的分析则提出,在智人的进化历程中,对FOXP2基因突变的强选择性事件并没有发生[3]。换言之,FOXP2并没有在智人最近的进化中发生变化,但是它依然与人类的语言能力有关。这一些列研究更加证明了人类进化的复杂性。

1997年,Pääbo的团队对一具在德国发现的尼安德特人右肱骨化石取样,并发表了首次对已灭绝的尼安德特人的线粒体基因测序结果[4]。在与现代人基因组进行对比后,Pääbo的团队得出结论,认为尼安德特人在灭绝前与起源于非洲的现代人几乎没有基因交流(这一结论在之后的研究中被推翻)。

研究人员从这个尼安德特人脚趾骨中提取了高质量基因组序列,图源:https://www.mpg.de/7666848/neandertal_genome_project

2006年,Pääbo宣布重建尼安德特人基因组的计划。他的团队于2008年发表了尼安德特人完整线粒体基因组测序[5],并于2013年发表了首次对尼安德特人完整基因组测序的结果[6]。Pääbo团队对尼安德特人基因组测序的研究表明尼安德特人与现代人有过多次基(生)因(殖)交(交)流(配),对研究人类的进化历程有重大意义。

《尼安德特人:寻找失落的基因组》(Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes),2014年出版

在2010年,Pääbo的团队发表一份了古人类指骨的线粒体基因测序报告。结果表明,这块骨头属于当时未知的已灭绝的古人类——丹尼索瓦人[7]。对线粒体基因的比较分析表明,丹尼索瓦人与智人和尼安德特人在距今约一百万年前有着共同的祖先。

科学家在阿尔泰山脉的丹尼索瓦洞穴发现,在智人到来之前,尼安德特人和丹尼索瓦人均在这里生活过。图源:https://www.mpg.de/7666848/neandertal_genome_project

在2020年,Pääbo参与的一项研究提出一些现代人的祖先从尼安德特人那里遗传了可能会导致新冠症状加重的基因[8]。大约50%的亚洲人口和16%的欧洲人口携带这些基因,孟加拉国更是有63%的人口携带这些基因,全球最高。这项研究也引用了英国的新冠数据,证明在英国,有孟加拉血统的人死于新冠的风险是一般人群的两倍。

增加新冠重症风险的基因在全球人口的分布,图源:Zeberg, H., Pääbo, S.: The major genetic risk factor for severe COVID-19 is inherited from Neanderthals. Nature. 587, 610–612 (2020)

Pääbo对古基因的探索不止能帮助我们解开人类进化的谜团,也能通过对古人类基因交流的研究对现代人健康的影响。


网页:https://www.eva.mpg.de/genetics/staff/paabo/


索引:1.  Pääbo, S.: Molecular cloning of ancient Egyptian mummy DNA. nature. 314, 644–645 (1985)2.  Enard, W., Przeworski, M., Fisher, S.E., Lai, C.S., Wiebe, V., Kitano, T., Monaco, A.P., Pääbo, S.: Molecular evolution of FOXP2, a gene involved in speech and language. Nature. 418, 869–872 (2002)3.  Atkinson, E.G., Audesse, A.J., Palacios, J.A., Bobo, D.M., Webb, A.E., Ramachandran, S., Henn, B.M.: No evidence for recent selection at FOXP2 among diverse human populations. Cell. 174, 1424–1435 (2018)4.  Krings, M., Stone, A., Schmitz, R.W., Krainitzki, H., Stoneking, M., Pääbo, S.: Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. cell. 90, 19–30 (1997)5.  Green, R.E., Malaspinas, A.-S., Krause, J., Briggs, A.W., Johnson, P.L., Uhler, C., Meyer, M., Good, J.M., Maricic, T., Stenzel, U.: A complete Neandertal mitochondrial genome sequence determined by high-throughput sequencing. Cell. 134, 416–426 (2008)6.  Prüfer, K., Racimo, F., Patterson, N., Jay, F., Sankararaman, S., Sawyer, S., Heinze, A., Renaud, G., Sudmant, P.H., De Filippo, C.: The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature. 505, 43–49 (2014)7.  Krause, J., Fu, Q., Good, J.M., Viola, B., Shunkov, M.V., Derevianko, A.P., Pääbo, S.: The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature. 464, 894–897 (2010)8.  Zeberg, H., Pääbo, S.: The major genetic risk factor for severe COVID-19 is inherited from Neanderthals. Nature. 587, 610–612 (2020)

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