堆積物から「ヒトのDNAだけを確実に分離する」測定方法

マックス・プランク進化人類学研究所の研究チームは、堆積物からヒトのDNAだけを確実に分離できる測定方法を考案し、さらにヒト以外のDNAを除去できたかどうかを測定する方法も考案しました。

The field of ancient DNA has revealed important aspects of our evolutionary past, including our relationships with our distant cousins, Denisovans and Neandertals. These studies have relied on DNA from bones and teeth, which store DNA and protect it from the environment. But such skeletal remains are exceedingly rare, leaving large parts of human history inaccessible to genetic analysis.

参照元：https://www.mpg.de/16718685/0413-evan-nuclear-dna-from-sediments-150495-x
– マックス・プランク進化人類学研究所 Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology. APRIL 15, 2021 –

古代DNAの分野では、遠いいとこであるデニソワ人やネアンデルタール人との関係など、人類の進化の重要な側面が明らかにされてきました。

これらの研究は、DNAを保存し、環境から保護する骨や歯から得られるDNAに依存しています。

しかし、このような骨格は非常に稀であり、人類の歴史の大部分は遺伝子解析の対象外となっています。

そこで、マックス・プランク進化人類学研究所の研究者たちは、ほぼすべての遺跡に存在する堆積物からヒトの核DNAを濃縮して分析する新しい方法を開発しました。

これまで、考古学的な堆積物からはミトコンドリアDNAしか回収されていませんでしたが、これでは集団の関係を研究するには限界があります。

堆積物の核DNA分析の出現は、人類の深い過去を調査する新たな機会を提供します。

堆積物から古代人のDNAを抽出する際、科学者たちは、熊やハイエナなど他の哺乳類のDNAが大量に含まれていないかどうか注意しなければなりませんでした。

この研究の筆頭著者であるBenjamin Vernot氏は話します。

「ヒトのゲノムには、例えばクマのDNAと非常によく似た場所がたくさんあります。」

研究者たちは、ヒトのDNAだけを確実に分離できるゲノム上の領域に特に狙いを定め、ヒト以外のDNAを除去できたかどうかを測定する方法も考案しました。

Vernot氏は話します。

「私たちは、未知の種のハイエナを偶然発見したのではないという確信を持ちたかったのです。」

科学者たちはこの技術を使って、3つの洞窟から採取した150以上の堆積物を調査しました。

このうち、南シベリアのアルタイ山脈にあるチャギルスカヤ洞窟とデニソワ洞窟では、これまでの研究で骨から採取したDNAを分析していました。

そのため、著者らは堆積物から採取したDNAと骨から採取したDNAを比較することができました。

研究上席著者のMatthias Meyer氏は話します。

「私たちが開発した技術は非常に新しいもので、何が起こるかがわかっている場所でテストしたかったのです。」

研究者たちは、堆積物から採取したDNAが、それらの場所の骨から採取したゲノムと最も密接に関連していることを発見し、自分たちの手法の堅牢性に自信を深めました。

マドリッド・コンプルテンセ大学のフアン・ルイス・アルスアガが率いる3番目の遺跡、スペイン北部のGalería de las Estatuasでは、7～11万5,000年前の石器が発掘されていました。

しかし、発見されたのはネアンデルタール人の足指の骨1本だけで、DNAを採取するには小さすぎました。

パイス・バスコ大学／エスカル・ヘリコ・ユニベルツィタテア大学のエスタトゥアス・チームの科学者、アシエル・ゴメス＝オリヴェンシア氏は話します。

「エスタトゥアスに住んでいたネアンデルタール人の遺伝学を調べる方法はありませんでした。」

堆積物から抽出された核DNAから、この洞窟には1つではなく2つのネアンデルタール人集団が住んでいたことが判明し、約10万年前に最初の集団が後の集団に取って代わられたことがわかりました。

堆積物のDNAを他の骨格サンプルと比較したところ、顕著な傾向が見られました。

つまり、ニーデルタール人には2つの「放射」があったようで、エスタトゥアスの古い集団は1つの放射に由来し、若い集団は2つ目の放射に由来します。

フアン・ルイス・アルスアガ氏は話します。

「これらの放射とエスタトゥアスでの人口入れ替えは、気候の変化や、この時期に起きたニーデルタール人の形態の変化と関係があるのではないかと考えました。」

これまで骨からDNAを分析していた場所でも、堆積物から新たな知見を得ることができます。

チャギルスカヤ洞窟では、これまでの考古学的研究により、ネアンデルタール人は単一の集団に属し、短期間しか住んでいなかったと考えられていました。

しかし、これまでの研究では、遺跡で発見された骨の1つから1つのゲノムしか採取できなかったため、それがチャギルスカヤ洞窟周辺に住んでいた集団全体を代表するものかどうかを判断する方法がありませんでした。

堆積物のDNAは、この仮説を裏付けることができました。

チャギルスカヤ洞窟の主任考古学者であるロシア科学アカデミー考古学・民族学研究所のKseniya Kolobova氏は話します。

「地層全体から堆積物のサンプルを採取しましたが、堆積物のDNAは複数の個体から採取されたものであるにもかかわらず、それらはすべて骨から採取されたDNAと非常によく似ていました。」

マイヤー氏は話します。

「堆積物の核DNA分析の登場により、古代人の進化の歴史を解明するための選択肢が大幅に広がりました。古代DNAの分野では、人骨の発見という制約から解放され、調査に適した場所の数が増えたことで、これまで考えられていたよりも多くの人の集団や場所のDNAを調査することができるようになりました。」