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Nobel Medicina 2022 a Svante Pääbo che è riuscito a sequenziare il Dna degli ominidi estinti e ha inventato la “paleogenomica”

L'umanità è sempre stata affascinata dalle sue origini. Da dove veniamo e come siamo ci siamo relazionati con coloro che ci hanno preceduto? Ciò che ci rende, Homo sapiens, diversi da altri ominidi? Attraverso la sua ricerca pionieristica, il biologo svedese Svante Pääbo, fondatore dell'Istituto Max Planck per l'Antropologia evolutiva di Lipsia, ha realizzato qualcosa di apparentemente impossibile: sequenziare il genoma del Neanderthal, un parente estinto dei giorni nostri umani.

Il Nobel 2022 per la medicina è stato assegnato allo svedese Svante Pääbo per le sue scoperte riguardanti i genomi di ominidi estinti e l’evoluzione umana.

Svante Pääbo è nato nel 1955 a Stoccolma. Conseguito un dottorato in biologia a Uppsala ha poi proseguito le sue attività a Zurigo e a Berkley e poi è divenuto professore ordinario all’Università di Monaco. Nel 1999 fonda l'Istituto Max Planck per l'Antropologia evolutiva con sede a Lipsia, in Germania. Pääbo ricopre inoltre una posizione di coadiuvante Professore ad Okinawa Istituto di Scienze e Tecnologia in Giappone.

L'umanità è sempre stata affascinata dalle sue origini. Da dove veniamo e come siamo ci siamo relazionati con coloro che ci hanno preceduto? Ciò che ci rende, Homo sapiens, diversi da altri ominidi?

Attraverso la sua ricerca pionieristica, Svante Pääbo ha realizzato qualcosa di apparentemente impossibile: sequenziare il genoma del Neanderthal, un parente estinto dei giorni nostri umani.

Ha anche fatto la sensazionale scoperta di un ominide precedentemente sconosciuto, Denisova.

È importante sottolineare che Pääbo ha anche scoperto che il trasferimento genico era avvenuto da questi ora ominidi estinti a Homo sapiens in seguito alla migrazione fuori dall'Africa intorno a 70.000 anni fa.

Questo antico flusso di geni verso gli esseri umani di oggi ha rilevanza fisiologica oggi, per esempio influenzando il modo in cui il nostro sistema immunitario reagisce alle infezioni.

La ricerca seminale di Pääbo ha dato origine a una disciplina scientifica completamente nuova: la paleogenomica.

Rivelando le differenze genetiche che distinguono tutti gli esseri umani viventi dagli ominidi estinti, le sue scoperte forniscono la base per esplorare ciò che ci rende unicamente umani.

Da dove veniamo?
La questione della nostra origine e di cosa ci rende unici ha coinvolto l'umanità fin dall'antichità volte. La paleontologia e l'archeologia sono importanti per gli studi sull'evoluzione umana e la ricerca ha fornito la prova che l'essere umano anatomicamente moderno, Homo sapiens, è apparso per la prima volta in Africa circa 300.000 anni fa, mentre i nostri parenti più stretti conosciuti, i Neanderthal, si sono sviluppati al di fuori dell'Africa e hanno popolato l'Europa e l'Asia occidentale da circa 400.000 anni fino a 30.000 anni fa, e a quel punto si estinsero.

Circa 70.000 anni fa, gruppi di Homo sapiens migrarono dall'Africa al Medio Oriente e, da lì migrarono per diffondersi nel resto del mondo.

Homo sapiens e Neanderthal quindi hanno coesistito in gran parte dell'Eurasia per decine di migliaia di anni. Ma cosa sappiamo della nostra relazione con gli estinti Neanderthal?

Gli indizi potrebbero essere desunti da informazioni genomiche. Dalla fine degli anni '90, quasi l'intero genoma umano è stato sequenziato.

Tuttavia, studi sulla relazione tra gli umani di oggi e gli estinti Neanderthal richiederebbero il sequenziamento di DNA genomico recuperato da campioni arcaici.

Un compito apparentemente impossibile
All'inizio della sua carriera, Svante Pääbo rimase affascinato dalla possibilità di utilizzare i moderni metodi genetici per studiare il DNA dei Neanderthal. Tuttavia, si rese presto conto dell'estrema sfida tecnica, perché con il tempo il DNA si modifica chimicamente e si degrada in brevi frammenti.

Dopo migliaia di anni, rimangono solo tracce di DNA e ciò che resta è massicciamente contaminato dal DNA di batteri e contemporanei umani (figura 1).

Come studente post-dottorato con Allan Wilson, un pioniere nel campo della biologia evolutiva, Pääbo iniziò a sviluppare metodi per studiare il DNA dei Neanderthal, un'impresa durata diversi decenni.

Nel 1990, Pääbo è stato assunto all'Università di Monaco, dove, come neo nominato Professore, ha continuato il suo lavoro sul DNA arcaico.

Ha deciso di analizzare il DNA da Mitocondri di Neanderthal: organelli nelle cellule che contengono il proprio DNA. Il genoma mitocondriale è piccolo e contiene solo una frazione delle informazioni genetiche, ma è presente in migliaia di copie, aumentando le possibilità di successo.

Con i sui metodi raffinati, Pääbo è riuscito a sequenziare una regione di DNA mitocondriale da un pezzo di osso di 40.000 anni fa.

E così, per la prima volta, abbiamo avuto accesso a una sequenza da un parente estinto e i confronti con esseri umani e scimpanzé contemporanei hanno dimostrato che i Neanderthal erano geneticamente distinti.

Sequenziamento del genoma di Neanderthal
Poiché le analisi del piccolo genoma mitocondriale hanno fornito solo informazioni limitate, Pääbo ha affrontato l'enorme sfida di sequenziare il genoma nucleare di Neanderthal.

A quel tempo, gli fu offerta la possibilità di fondare il Max Planck Institute a Lipsia, in Germania. Nel nuovo istituto, Pääbo e il suo team hanno costantemente migliorato i metodi per isolare e analizzare il DNA restante nell'osso arcaico. Il team di ricerca ha sfruttato i nuovi sviluppi tecnici,

che hanno reso il sequenziamento del DNA altamente efficiente.

Pääbo ha anche coinvolto diversi collaboratori con esperienza in genetica delle popolazioni e analisi di sequenze avanzate. I suoi sforzi hanno avuto successo e Pääbo ha realizzato l'apparentemente impossibile e pubblica la prima sequenza del genoma di Neanderthal nel 2010.

Le analisi comparative lo hanno dimostrato: il più recente antenato comune di Neanderthal e Homo sapiens viveva intorno 800.000 anni fa.

Pääbo ei suoi colleghi possono così indagare sulla relazione tra i Neanderthal e gli esseri umani moderni provenienti da diverse parti del mondo. Le analisi comparative mostrano che le sequenze di DNA dei Neanderthal erano più simili alle sequenze di umani contemporanei originari dell'Europa o dell'Asia rispetto agli esseri umani contemporanei originari dell'Africa.

Ciò significa che i Neanderthal e l'Homo sapiens si sono incrociati durante i loro millenni di convivenza. Negli esseri umani moderni con discendenza europea o asiatica, circa l'1-4% del genoma proviene dai Neanderthal (Figura 2).

Una scoperta clamorosa: Denisova
Nel 2008 nella grotta di Denisova sui Monti Altaj in Siberia è stato scoperto un frammento di un osso di un dito di 40.000 anni fa grotta nella parte meridionale della Siberia.

L'osso conteneva DNA eccezionalmente ben conservato, che la squadra di Pääbo ha sequenziato. I risultati fecero scalpore: la sequenza del DNA era unica rispetto a tutte le sequenze conosciute dai tempi dei Neanderthal fino ai nostri giorni.

Pääbo aveva scoperto un ominide precedentemente sconosciuto, a cui era stato dato il nome Denisova. Confronti con sequenze di esseri umani contemporanei provenienti da diverse parti del mondo hanno mostrato che il flusso genico si era verificato anche tra Denisova e Homo sapiens.

Questa relazione è stata osservata per la prima volta nelle popolazioni della Melanesia e in altre parti del sud-est dell’Asia, dove gli individui portano fino al 6% di DNA di Denisova.

Le scoperte di Pääbo hanno generato una nuova comprensione della nostra storia evolutiva. Al momento in cui l'Homo sapiens migrò fuori dall'Africa, c’erano almeno due popolazioni di ominidi, poi estinte, in Eurasia. I Neanderthal vivevano nell'Eurasia occidentale, mentre i Denisoviani vivevano le parti orientali del continente. Durante l'espansione dell'Homo sapiens fuori dall'Africa e la loro migrazione verso est, non solo incontrarono e si incrociarono con i Neanderthal, ma anche con i Denisova (Figura 3).

La paleogenomica e sua rilevanza
Attraverso la sua ricerca rivoluzionaria, Svante Pääbo ha stabilito una discplina scientifica completamente: la paleogenomica. Dopo le prime scoperte, il suo gruppo ha completato analisi di diverse sequenze genomiche aggiuntive da ominidi estinti.

Le scoperte di Pääbo hanno stabilito una risorsa unica, ampiamente utilizzata dalla comunità scientifica per comprendere meglio l'evoluzione umana e la migrazione.

I nuovi metodi per l'analisi della sequenza indicano che anche gli ominidi arcaici potrebbero essersi mescolati con l’Homo sapiens in Africa. Tuttavia, nessun genoma di ominidi estinti in Africa è stato ancora sequenziato a causa della degradazione accelerata del DNA arcaico nei climi tropicali.

Grazie alle scoperte di Svante Pääbo, ora comprendiamo quelle sequenze geniche arcaiche dai nostri parenti estinti che influenzano la fisiologia degli esseri umani di oggi.

Uno di questi esempio è la versione Denisova del gene EPAS1, che conferisce un vantaggio per la sopravvivenza in alta quota ed è comune tra i tibetani di oggi.

Altri esempi sono i Geni di Neanderthal che influenzano la nostra risposta immunitaria a diversi tipi di infezioni.

Cosa ci rende unicamente umani?
L'Homo sapiens si caratterizza per la sua capacità unica di creare culture complesse, avanzate innovazioni e arte figurativa, oltre che dalla capacità di attraversare il mare aperto e diffondersi in tutte le parti del nostro pianeta (Figura 4).

Anche i Neanderthal vivevano in gruppo e avevano grandi cervelli (Figura 4). Hanno anche utilizzato strumenti, ma questi si sono sviluppati molto poco durante centinaia di migliaia di anni anni.

Le differenze genetiche tra Homo sapiens e i nostri parenti estinti più prossimi erano sconosciute fino a quando non furono identificati attraverso il lavoro seminale di Pääbo. E ora la ricerca in corso si concentra sull'analisi delle implicazioni funzionali di queste differenze con l’obiettivo finale di spiegare cosa ci rende unicamente umani.

Fonte: Nobel Prize 2022

Allegati:

Figura 2
Figura 1
Figura 3
Figura 4

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