Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов - Сванте Пэабо

Обсуждались и другие способы оценки уровня контаминации. Филип Джонсон из группы Монти из Беркли предложил подход, основанный на определении нуклеотидных позиций, в которых у большинства сегодняшних людей стоит продвинутый аллель, а у неандертальцев – предковый, как у обезьян. Схема его рассуждений была примерно такова. Возьмем фрагменты ДНК, где у неандертальцев не обнаруживался предковый аллель. Теперь смоделируем вероятности различных причин отсутствия этих предковых аллелей. Таких причин может быть три: это результат либо нормальной генетической изменчивости, либо загрязнения, либо ошибки секвенирования. Филип просчитал модели и получил вероятность загрязнений ниже одного процента. Наконец-то у нас в руках были оценки загрязнения, которым я доверял и которые доказывали великолепное качество отсеквенированных последовательностей!

Мартин доложил о данных, полученных от Illumina, но еще не собранных в единые цепочки. Illumina представила расшифровку более 80 процентов всех отсеквенированных фрагментов, а это почти миллиард. Дискуссия сосредоточилась в основном на трудностях, с которыми столкнулся Удо, переделывая алгоритмы для ускорения масштабного картирования компьютерным блоком в Германии. И хотя анализ полного генома откладывался до тех пор, пока Удо не закончит картирование всех фрагментов, но мы все равно обсуждали, как будем его проводить. Для начала следовало определить, насколько неандертальский геном отличается от человеческого. Ответить на этот простой вопрос (а на самом деле не простой) мешали ошибки. Часть их была вызвана посмертными модификациями нуклеотидов, другая часть происходила по вине технологий секвенирования. Illumina делала примерно одну ошибку на каждую сотню нуклеотидов. Чтобы скомпенсировать технологические ошибки, мы повторяли секвенирование каждой древней молекулы по многу раз. Но все равно, по нашим оценкам, ошибок в неандертальских ДНК-последовательностях получалось в пять раз больше, чем в “золотом стандарте”, в эталонном человеческом геноме. Так что если мы просто возьмемся считать, сколько у человека и неандертальца различающихся нуклеотидов, то на самом деле мы будем считать ошибки прочтения неандертальского генома.

Эд придумал, как обойти затруднение: невключать в базовый подсчет те позиции, по которым неандертальцы отличались от обезьян, а люди не отличались, но, напротив, учитывать только те, где человеческий геном претерпел изменения по сравнению с обезьянами. Чтобы это проделать, Эд составил список всех позиций, по которым человеческий геном отличается от генома шимпанзе и макак. Затем он проверил, какие стоят нуклеотиды в соответствующих позициях у неандертальцев: человеческие или обезьяньи. Если обнаруживался человеческий нуклеотид, то, значит, мутация старая и произошла до того, как разделились исследуемый неандертальский и человеческий геномы. Если же у неандертальца оказывался нуклеотид как у обезьян, значит, мутация произошла недавно и случилась в человеческой линии после отделения неандертальцев. Таким образом, доля мутационных изменений, по которым неандертальцы оказывались “обезьяноподобными”, относительно общего количества мутаций показывает, насколько давно разделились человеческая и неандертальская ветви. Наш подсчет дал цифру в 12,8 процента.

Если мы допустим, что наш общий с шимпанзе предок существовал 6,5 миллиона лет назад, то последние женская и мужская особь, передавшие свои ДНК и людям, и неандертальцам, жили 830 тысяч лет назад. Эд произвел подобные же вычисления для ныне живущих людей и получил время существования их общего предка по ДНК – 500 тысяч лет назад. Это с очевидностью показывает, что неандертальцы более дальние родственники людям, чем любые современные люди друг другу. Другими словами, неандерталец от меня на 65 процентов дальше, чем любой человек в том конференц-зале в Дубровнике. Так у меня в руках впервые появилась конкретная оценка моего генетического родства с неандертальцами.

Следующий волнующий вопрос: скрещивались неандертальцы с людьми или нет. Это был вопрос Дэвиду, и он, хотя и не смог приехать в Дубровник, представил свои выводы по громкой связи: да, скрещивались. Мы всякий раз возвращались к этому заключению – и на заседаниях, и в перерывах на кофе, и во время длинных, роскошных средиземноморских обедов и ужинов, на которые не поскупились организаторы. Мы обсуждали скрещивание даже во время утренних пробежек с Йоханнесом в окрестностях Дубровника, хотя вокруг было на что отвлечься – тут и красоты средневекового города, тут и картины разрушения, принесенные городу недавней войной. Забывались мы, правда, не настолько, чтобы нечаянно сойти с асфальтированной дорожки и легкомысленно бежать по заминированным полям. Наши разговоры неизменно возвращались к романтическим отношениям между неандертальцем и человеком, которые 30 тысяч лет назад вполне могли происходить прямо здесь, в тех местах, где мы сейчас упражнялись в беге трусцой.

В этом гипотетическом скрещивании кое-что вызывало беспокойство. Анализ примесей основывался на подсчете нуклеотидных совпадений между ДНК неандертальцев и представителей каждой из трех рас – африканской, европейской и китайской. Ник, проводивший анализ, сам первый требовал проверок и перепроверок своего компьютерного кода. Ведь любой просчет мог привести к ошибочному результату. Ошибка могла появиться, например, из-за какой-нибудь незначительной, но систематической разницы в технологиях секвенирования ДНК современных людей, или, например, Джим Малликин мог чуточку по-другому искать нуклеотидные замены (СНИПы), сравнивая конкретные человеческие геномы с эталонным. Малейший недосмотр имел бы огромные последствия; в конце концов, мы ведь обсуждали разницу в один-два процента.

На заседаниях мы составляли список, что надлежит сделать для проверки результатов Дэвида и Ника. Джиму теперь предстояло сравнивать последовательности ДНК современного человека с цепочками ДНК шимпанзе, а не людей. Таким способом мы хотели проверить, нет ли систематического отклонения из-за того, что референсный геном составлен частично из ДНК европейца и частично из ДНК африканца. К тому же мы все понимали, что назрела необходимость нам самим составить последовательности современных людей. Только так мы сможем быть уверены, что все нуклеотидные последовательности произведены и проанализированы одинаковым образом. Соответственно, если где-то в процессе допущены систематические просчеты, то во всех последовательностях будут присутствовать ошибки одинакового типа. Мы решили секвенировать геном одного человека из Европы и одного из Папуа – Новой Гвинеи. Выбор, казалось бы, необычен, но он был продиктован загадочным наблюдением: мы заметили сходный уровень неандертальских примесей в европейских и китайских ДНК. Согласно принятому мнению, неандертальцы никогда не бывали на территории современного Китая, но я никогда не стеснялся поставить под сомнение “принятое мнение” палеонтологов. Может быть, в Китае жил, так сказать, неандертальский Марко Поло? Ведь обнаружил же Йоханнес в 2007 году, что неандертальцы – или, по крайней мере, люди с неандертальскими мтДНК – обитали в Южной Сибири, на 2000 километров восточнее места, “принятого” палеонтологами. Может, некоторые добрались и до Китая? Зато мы могли быть уверены, что никакие неандертальцы никогда и ни за что не добрались бы до Новой Гвинеи, так что если мы и у папуасов найдем следы скрещивания, то это уж точно будет означать, что неандертальские гены достались предкам папуасов до того, как те поселились в Новой Гвинее, и, скорее всего, до того, как разделились расы китайцев и европейцев. Еще в наш список секвенирования мы включили человека из Западной Африки, из Южной Африки и китайца. Имея на руках геномы этих пятерых, мы еще раз проведем все анализы и посмотрим, изменятся ли наши выводы.