【科學新知】讓遠古人類DNA變「乾淨」

編譯|汪芃

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我的天,學者研發出一項新技術,能以較低的成本分析遠古人類的DNA,例如這具祕魯木乃伊。(圖片來源:U.S. Navy)

科學家已分析出5300年前冰人奧茨(Ötzi)的基因體,甚至最近又完成尼安德塔人(Neandertals)的DNA(去氧核糖核酸)定序,因此你可能以為如今想破解古代人類的完整遺傳密碼已是易如反掌;但其實這些研究都算特例,因為上述在冰封地底或冰寒洞穴找到的死屍保存完好,無論骨骼、牙齒、頭髮或其他組織取出的DNA樣本都乾淨純粹。但一般來說,學者最常找到的人類遺骸其實多埋在較高溫的土壤中,遺骸本身的基因往往跟滋生細菌的基因混雜在一起,因此分析過程十分複雜且所費不貲。不過有學者於11月7日在美國人類遺傳學協會(American Society of Human Genetics)年會上發表一篇研究,為我們帶來純化古代人類DNA樣本的聰明新技術。

科學家從古代人類牙齒或骨骼採集的樣本往往質量均差,只含有不到1%的DNA,其餘都是細菌的DNA。雖然這種「大雜燴」科學家也有辦法定序,但必須用定序機器跑非常多遍才能篩出人類的DNA,花費過高,因此研究者往往會準備大致符合研究目標的現代人類DNA片段,用這些所謂的「基因探針」來篩出所需樣本(現代人類和遠古人類的DNA相似,因此探針能吸附遠古人類的DNA)。但這種技術依然不便宜,也只能做小部分的基因體定序。

而一支史丹佛大學的研究團隊提出了改良的新方法。卡羅斯.卜斯塔曼德(Carlos Bustamante)研究室的博士後研究員梅若蒂絲.卡本特(Meredith Carpenter)和幾位同仁決定備製RNA(核糖核酸)探針而非DNA探針,因為正如卜斯塔曼德所解釋的,RNA探針「超便宜」。研究團隊找到方法備製足以涵蓋現代人類完整基因體的RNA,能排除非人類DNA,最後再使用酶來降解RNA探針,然後得到的純化遠古人類DNA便能放進基因體定序機器。

研究人員以十幾種遠古人類(年代從500到3500年不等)的骨骼、牙齒和頭髮DNA樣本測試上述篩選技術,所完成的人類基因定序是使用大雜燴樣本的2到13倍之多,而精確分析也能得到樣本的額外資訊,例如先前在保加利亞出土一顆2500年的銅器時代人類牙齒,原本只能分析出這個遠古人類來自歐洲,但現在已可將種族來源縮小到中歐或南歐等。此外,研究人員也分析出一具500年的祕魯木乃伊並沒有歐洲血統,推翻先前西班牙探險家的說法。

卜斯塔曼德在年會演說上表示,這種新技術「大幅增加了能進行完整基因體定序的樣本數量」。卜斯塔曼德團隊目前正利用這項技術進行古代狗的DNA定序,目的是研究狗的馴化過程。此外他們也認為,這項技術除了能幫助微生物基因體學者清除樣本中的人類DNA污染物,也有助現代刑事鑑識處理遭細菌污染的人類DNA樣本。

年會上,研究尼安德塔人基因體的哈佛大學遺傳學者大衛.芮奇(David Reich)也指出,這種技術「非常令人興奮,十分有意思」,他並透過電子郵件向《科學》(Science)期刊表示,有些尼安德塔人的樣本其實有足夠的DNA可供定序,但因為遭細菌嚴重污染,因此分析的代價過高。他說:「現在就看這種新方法是不是能成為實際可行的技術,能用來進行完整基因體定序,分析這些困難但重要的遠古DNA樣本。但我認為他們這個構想本身就夠令人興奮了。」

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 研究出處:Cleaning Up Ancient Human DNA

責任編輯:Kerina Huang

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