Akik halhatatlanná teszik a DNS-t – riportunk az Archeogenomikai Intézetből

Szécsényi-Nagy Anna régész és genetikus, az ELKH Bölcsészettudományi Kutatóközpont Archeogenomikai Intézet vezetője. Szöveges riportunkat követően fantasztikus fotókkal és azokhoz tartozó magyarázatokkal mutatjuk be a laborban zajló folyamatokat.

***

A Dunához és a Soroksári úthoz közel, a IX. kerületben található a Bölcsészettudományi Kutatóközponton belül pár hónapja önállóvá vált Archeogenomikai Intézet, ahol az intézet vezetője, Szécsényi-Nagy Anna fogadott minket az MTA Humán Tudományok Kutatóházában, ahol az ELKH három kutatóközpontja működik egy modern, igényes épületben.

Hogy miért választották le az archeogenetikai laboratóriumot a Régészeti Intézettől? A genetikus elmondja, mindez Maróth Miklós, az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat elnökének a kezdeményezése volt:

A kutatás Szécsényi-Nagy szerint hatékonyabb lett, jó irányba haladnak. „Egyre több hazai és nemzetközi projektünk, kezdeményezésünk indul. Továbbra is szoros munkakapcsolatban vagyunk a régészekkel, azonban emellett könnyebben tudunk nyitni más partnerintézmények felé is.

De hogyan jutunk el a régészeti leletek feltárásától a konkrét archeogenetikai eredményekig, például egy honfoglalás kori csontváz beazonosításáig? 

Szécsényi-Nagy Anna kifejti: a feltárásokra, antropológiai gyűjteményekbe általában egy antropológus megy ki elsőnek, aki megnézi, hogy a lelet egy személyhez tartozó csontanyag-e, meghatároz alapvető biológiai tulajdonságokat, az elhunyt nemét, korát, majd pedig mintát vesz. Mende Balázsnak, az intézet igazgatóhelyettesének és antropológusának például van egy inkubátorból átalakított mobil mintavételi fülkéje, amely múzeumi raktárakban is megfelelő körülményeket tud biztosítani a tiszta mintavételekhez.

Rendszerint megpróbálnak a koponya speciális részéből, a sziklacsontból fúrással mintát kinyerni.

Ez már sokszor itt a laborban történik, rendkívül steril körülmények között: akár egész koponyát is elhoznak ide. „Pici csőbe gyűjtjük össze a csontport és ezzel a porral dolgozunk tovább: különböző enzimek és oldatok segítségével feltárjuk a csontszövet állományát, sejtjeit és DNS-t nyerünk ki belőle.”

Akár egy covid-osztályon

Az intézet vezetője hangsúlyozza, hogy a DNS kinyerése már mindenképpen itt a laborban, egy tiszta térben történik. „Ez egy olyan tér, ahova beöltözve megyünk, szájmaszkban, három pár kesztyűben és szkafanderben – ilyen atmoszférát és kinézetet manapság a covid-osztályokon látni, azzal a különbséggel, hogy a covid-osztályokon az egészségügyi személyzet magát védi a fertőzéstől, mi pedig a mintát védjük a saját DNS-ünktől.”

A labornak különböző tisztasági fokozattal bíró helyiségei vannak, fokozatosan haladnak az abszolút sterilitás felé. Az előszobában zajlanak például a már említett mintavételek, ha ez nem a terepen történik. „A mintákat először megtisztítjuk, mechanikus módon, de UV-fényt is használunk. Mindenféle módszert bevertünk az erős UV-behatástól a hipós tisztításig, hogy a felületeken előforduló modern DNS-től megszabaduljunk. Ahol maga az izolálás, kinyerés történik, az már egy nagyon tiszta labortér: beöltözve, pozitív légnyomás alatt dolgozunk, nehogy a mi saját DNS-ünkkel beszennyezzük a mintákat.”

Fontos, hogy az utóbbi pár évben

Már a tiszta térben is van egy robot, amely DNS-t izolál, illetve a kinyert DNS-ből úgynevezett DNS-könyvtárat állít össze, ami a DNS-darabkák gyűjteménye egy csőben, pár mikroliternyi oldatban. Sőt: a második laborban már fölszaporított DNS-el dolgoznak, emelte ki Szécsényi-Nagy Anna. Ott ugyancsak üzemel egy robot, ami nagy segítség a munkánkhoz.

„A robotot valójában úgy kell elképzelni, mint egy nagy dobozt, amiben található egy pipettázó kar, ami folyadékokat mér át innen oda, onnan ide és kicsit rázza, hűti-melegíti az anyagokat, mindezt persze gondosan kikísérletezett protokollok szerint. Jól összeállított protokollok esetében egy jól programozott robot jelentősen csökkenti az emberi hiba tényezőjét és nagyban növeli a hatékonyságot.”

Szécsényi-Nagy Anna

„Halhatatlanná tesszük a DNS-t”

A kinyert izolátumot aztán letesztelik, hogy sikerült-e az izolálás. Ha igen, akkor készül a DNS-könyvtár, ami a DNS-t halhatatlanná teszi, hangzott el egy titokzatos kifejezés. De mit jelent mindez? Ellátják adaptorokkal az apró, töredezett, régi DNS-szakaszokat, amelyek jellemzően csak kis mennyiségben vannak jelen.

Abból megint szaporíthatnak, így biztosítjják a vizsgálhatóságukat és a fennmaradásukat. Ami igazán izgalmas, hogy ezeket a könyvtárakat speciális DNS-darabkákkal megjelölik, azaz mintegy vonalkóddal látják el.

„Ezeknek a molekuláris vonalkódoknak mi ismerjük a megfejtését, és a DNS leolvasása után őket is értjük. Ezek a vonalkodóok segítenek nekünk a manapság elterjedt tömeges és párhuzamos DNS-szekvenálások után visszatalálni a mintánkhoz, azonosítani azt és nyomon követni az útját a laborban.”

a többi, környezetből származó DNS gyakorlatilag útban van, el kell távolítani. Épp ezért van jelentősége a DNS-feldúsításának, szelektív felszaporításának, vagyis annak, hogy kiválogassák azokat a DNS-szakaszokat, amelyek tényleg fontosak.

A DNS-szekvenálás a DNS bázissorrendjének, betűinek leolvasását jelenti. „A tömeges szekvenálások során akár milliónyi kis szócskát kapunk, amiket az informatikus kollégáink dolgoznak fel és illesztenek hozzá a humán genom »könyvéhez«. Ehhez a könyvhöz képest azonosítjuk az eltéréseket, amik akár milliós nagyságrendben is észlelhetők. A genom változatosságát bonyolult informatikai és statisztikai módszerekkel egészében, genom szinten vizsgáljuk, hogy egy-egy ember, népcsoport, közösség genetikai eredetét és kapcsolatrendszerét megfejthessük.”

Még csak az út elején járunk

Szécsényi-Nagy Anna elmondja: csupán az út elején járunk, annak ellenére, hogy özönlenek az eredmények. Kimutatások szerint a publikált archaikus genomok (egy szervezet teljes örökítő információja, amely a DNS-ben van kódolva) száma robbanásszerűen emelkedett 2015 és 2020 között és emelkedik azóta is – a határ a csillagos ég. Ez többek között azt is jelenti, hogy

A kutató szerint a genomok tömeges szekvenálásának a küszöbén vagyunk.

„Már nem csak egy-egy mintánk, egy-egy fogódzó pontunk van a történelemben, hanem ezresével szekvenáljuk az ősi genomokat, akár az őskorból, a népvándorlás korából vagy a középkorból. Az előkerült leletek függvényében, a honfoglaláskori magyarságot akár teljesen fel lehet térképezni, legalábbis amennyire az előkerült leletek ezt engedik. Eddig sok volt az olyan megállapítás, amikor egy kis rész alapján következtettünk az egészre, de az új technológiáknak köszönhetően gyakorlatilag bármit meghatározhatunk majd a csoportok diverzitásának megállapításától egészen addig, hogy melyik csoport hol telepedett le.”

Szécsényi-Nagy Anna úgy látja: ez a feladat csupán néhány év munkáját jelenti, ha az anyagi források is biztosítva vannak.

Ráadásul folyamatosan születnek új technológiák: például a DNS-kinyerésnek a módja is fejlődik, vagyis már a jobban töredezett, szennyezett DNS-t is megbízhatóan lehet izolálni. „Olyan technológiák vannak születőben, amikkel a talajból is megpróbálhatunk humán DNS-t kinyerni: ha feltárnak egy házat a régészek, mi genetikusok a talajt vizsgálva megállapításokat tehetünk arról, hogy a ház melyik szobáját mire használták, hol milyen tevékenységet folytattak.”

Részletes DNS-elemzések alapján, a régészeti kutatás eredményeinek felhasználásával akár össze lehet majd kötni egy lelőhelyen a sírokat a házakkal: megtudhatjuk, ki hol élt, kit hova temettek, milyen volt egy egykori település és közössége változásának dinamikája, milyen biológiai kapcsolataik voltak és ezek mennyire határozták meg a szociális helyzetüket, státuszukat az egyor élt embereknek.

Íme, a labor munkája képekben és magyarázatokkal az alább következő PowerPoint prezentációban (a prezentáció megtekintéséhez kattintson az alábbi képre):

Fotók: Ficsor Márton