Nobelpreis-Spezial: Medizin oder Physiologie 2022

Gestern wurde der Nobelpreisträger in Medizin oder Physiologie 2022 bekanntgegeben. Dieses Jahr geht der Preis an den schwedischen Wissenschaftler Svante Pääbo, der am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig arbeitet. Der Preis wurde verliehen „for his discoveries concerning the genomes of extinct hominins and human evolution”.

In diesem Beitrag möchte ich kurz aufdröseln, was das genau beutet, und was an dieser Forschung so besonders ist.

Das Neandertaler-Genom

Der Kern von Pääbos Arbeit ist eine Frage, die wohl die meisten von uns interessiert: Wo kommen wir her? Denn Svante Pääbo ist Anthropogenetiker und untersucht damit mittels molekulargenetischen Methoden die menschliche Evolution.

Er und seine Arbeitsgruppe waren die ersten, denen es gelang,  DNA aus Fossilien eines Frühmenschen (genauer gesagt eines Neandertalers) zu sequenzieren. Damit erhielten sie zum ersten mal genetische Information über einen früheren Vertreter der Gattung Homo.

Wieso ist das jetzt so besonders? Nun ja, das hat unterschiedliche Gründe. Zum einen ist DNA nicht unendlich stabil, sondern zerfällt mit der Zeit (man sagt, sie degradiert). So ist in einer Probe, die voll mit DNA war, nach tausenden Jahren nicht mehr sonderlich viel davon enthalten, sondern höchstens eine Vielzahl unterschiedlicher Degradationsprodukte. Zum anderen ist die fossile DNA oft kontaminiert. Diese Kontaminationen stammen vor allem modernen Menschen, die mit der Probe umgegangen sind, sowie von Mikroorganismen, welche die Probe besiedeln/besiedelten.

Die erste sequenzierte Neandertaler-DNA stammte aus Mitochondrien (den „Kraftwerken der Zelle“, wie sich sicherlich alle aus dem Bio-Unterricht in der Schule noch erinnern). Von dieser mitochondrialen DNA (mtDNA) sind deutlich mehr Kopien in einer Zelle enthalten als von der chromosomalen (der „normalen“) DNA. Deshalb ist von der mtDNA auch nach tausenden Jahren in einem Knochenstückchen noch mehr erhalten.

Das war zwar ein großartiger Durchbruch, allerdings war die Aussagekraft dieses relativ kleinen Stückchens sequenzierter mtDNA (379 bp) begrenzt. Deshalb machten sich sowohl Pääbos Gruppe als auch andere daran, das Wissen um das Neandertaler-Genom zu erweitern. Die Pyrosequenzierung, eine damals neue Sequenzierungstechnik, ermöglichte es, weitaus effizienter zu arbeiten. Der Vorteil hierbei war, dass die fossile DNA nicht erst mittels PCR (Polymerase-Kettenreaktion) und Klonierung in Bakterien vermehrt werden musste, sondern „direkt“ sequenziert werden konnte.

Mit der Zeit gelang Pääbos Gruppe es so, das chromosomale Genom eines Neandertalers zu entschlüsseln, und sogar verschiedene Neandertaler-Genome miteinander zu vergleichen.

Eine neue Frühmenschen-Art

Als Pääbo und seine Gruppe die DNA eines weiteren Neandertaler-Fossils analysieren wollten, entdeckten sie etwas erstaunliches: die mtDNA unterschied sich deutlich stärker von der des modernen Menschen als die eines Neandertalers. Damit handelte es sich bei dem Fossil um eine bisher unbekannte Art der Gattung Homo. Anschließend wurde auch hier das chromosomale Genom entschlüsselt.

Die Denisova-Menschen waren enger mit den Neandertalern verwandt als mit Homo sapiens, und der letzte gemeinsame Vorfahre der drei Arten lebte nach Pääbos Erkenntnissen vor etwa 800 000 Jahren. Im Zuge dessen konnte seine Gruppe auch nachweisen, dass das Verbreitungsgebiet der Neandertaler größer war als angenommen, und sich zu einem großen Teil mit dem Verbreitungsgebiet der Denisova-Menschen deckte.Homo

Mit der Entdeckung der Denisova-Menschen wurde das erste mal eine Frühmenschen-Art nur mit genetischen Daten und ohne morphologische Hinweise identifiziert.

Das war 2008, und in den Jahren seither folgten weitere Erkenntnisse zur Genetik von Neandertalern und Denisova-Menschen. Die Gruppe entwickelte fortgeschrittenere Techniken, um fossile DNA zu untersuchen. Sie generierten mehr Daten, um das Genom der Frühmenschen mit dem des modernen Menschen zu vergleichen. Außerdem untersuchten sie die fossile DNA moderner Menschen, die vor 4000 – 45 000 Jahren gelebt haben.

Was wir daraus lernen können

Pääbos Erkenntnisse zur Genetik von Frühmenschen geben tiefe Einblicke in die Evolution des Menschen. So lassen sie unter anderem Erkennen, dass Neandertaler und Denisova-Meschen bereits gemeinsam Eurasien besiedelten, als Homo sapiens Afrika verlassen hat. Wenn sich Neandertaler und moderne Menschen begegneten, muss außerdem eine Kreuzung der beiden Arten stattgefunden haben. Aus Pääbos Daten lässt sich nämlich ableiten, dass 1 – 2% des Genoms von modernen Menschen außerhalb Afrikas von Neandertalern stammen (außerhalb Afrikas deshalb, weil die meisten Begegnungen von Neandertalern und modernen Menschen außerhalb Afrikas stattgefunden haben). Insgesamt finden sich 40% des Neandertaler-Genoms im Homo sapiens-Genom wieder. Außerdem lässt sich zeigen, die Kreuzung regional unterschiedlich stark gewesen sein muss.

Diese Erkenntnisse beruhen (wie das in der Wissenschaft immer so ist) natürlich nicht nur auf Pääbos Funden, sondern werden auch von morphologischen Daten aus den Fossilien gestützt. Pääbo und das – quasi von ihm erfundene – Feld der Paläogenomik haben allerdings einen enorm großen Beitrag dazu geleistet.

Pääbos Gruppe untersuchte außerdem den Einfluss der Frühmenschen-Gene auf die Physiologie des modernen Menschen. Sie konnten diverse Beispiele finden, bei denen ursprünglich aus Frühmenschen stammende Gene unsere Biologie noch heute beeinflussen. Beispielsweise vermittelt ein „Denisova-Gen“ Vorteile beim Leben in großen Höhen.

Das war also meine Zusammenfassung des Nobelpreises für Medizin und Physiologie (Glückwunsch an den Preisträger, falls er das hier jemals lesen sollte). Wenn ihr euch noch genauer informieren wollt, empfehle ich die Advanced Information auf der Website des Nobelpreises.

Außerdem werde ich, sobald die Preisträger verkündet sind, auch den Chemie-Nobelpreis zusammenfassen. Wenn ihr wollt, könnt ihr dort also auch wieder reinlesen.