Oud dna zonder fouten

Neanderthaler-dna wordt steeds verder ontcijferd. Dat levert kennis op over de genen van de mens.

Door Ben van Raaij

Het is wetenschappelijk nieuws met een hoog Jurassic Park-gehalte. Genetici hebben een compleet stuk erfelijk materiaal van een circa 38 duizend jaar oude Neanderthaler ontcijferd.

Het is het allereerste fossiele dna dat min of meer foutloos in kaart is gebracht. En de opmaat tot de reconstructie van de complete genenkaart van Homo neanderthalensis, zegt Richard E. Green, onderzoeker aan het befaamde Max Planck Institut für Evolutionäre Antropologie in Leipzig. Hij is hoofdauteur van de vrijdag in het blad Cell verschenen publicatie.

Wat Green en zijn collega's hebben ontrafeld, is zogeheten mitochondriaal dna, het eigen dna van de mitochondriën, de energie producerende ‘batterijtjes’ van de cel.

Het dna is afkomstig uit een bot dat in 1980 is gevonden in de Vindija-grot in Kroatië. Het is een van de hooguit tien Neanderthalerfossielen die geschikt zijn voor genetische analyse, zegt Green. Die bevinden zich overigens vrijwel allemaal in Leipzig, waar onder leiding van pionier Svante Pääbo in 1997 het eerste stukje Neanderthaler-dna werd ontcijferd, en in 2006 de eerste grote sequentie, afkomstig uit hetzelfde Kroatische bot.

Het reconstrueren van fossiel dna is tijdrovend werk. Vaak is de volgorde van de basen, de bouwstenen van het dna, aangetast door chemische veranderingen. Ook is oud dna vaak verontreinigd met vreemde genen, bijvoorbeeld van bacteriën en schimmels, of van de moderne onderzoekers die het bot hebben vastgehouden.

De volgorde van het nu gepresenteerde Neanderthaler-dna (4,8 gigabyte groot) is 35 maal afgelezen. ‘Hoe vaker je afleest, hoe minder fouten’, zegt Green. ‘Omdat we elke base 35 keer zien langskomen, weten we vrij zeker dat het klopt.’

Al die moeite wordt niet voor niets gedaan. ‘Het is enorm cool om het dna van zo’n uitgestorven oermens te reconstrueren, maar het Neanderthaler-dna is toch vooral interessant om de evolutie van onze eigen soort te begrijpen.’

De Neanderthaler, een vroege mensensoort die circa 28 duizend jaar geleden uitstierf, staat veel dichter bij de mens dan de chimpansee, onze naaste nog levende verwant, zegt Green. ‘Met de chimpansee schelen we evolutionair gezien 6 miljoen jaar. Met de Neanderthaler een half miljoen jaar. Zijn dna kan ons veel leren over wat de mens tot mens maakt.’

Het nu in kaart gebrachte mitochondriaal dna laat in elk geval zien dat het sterk verschilt van alle mitochondriale dna-varianten bij de mens. En dat is een belangrijke constatering, zegt Green, want het laat zien dat Neanderthalers en de voorouders van de moderne mens zich in de oude steentijd niet of nauwelijks hebben gemengd.

660 duizend jaar geleden
De laatste gemeenschappelijke voorouder van Neanderthaler en mens heeft blijkens Greens analyse zo’n 660 duizend jaar geleden geleefd, met een marge van 140 duizend jaar. Niet zo verrassend, want overeenkomend met eerdere dateringen van fossiel dna.

Wel is dit de beste schatting tot nu toe, aldus Green. ‘Mitochondriaal dna is een goede moleculaire klok, omdat het via de moeder zonder recombinatie overerft. Uitgaande van een gemiddelde mutatiesnelheid kun je genetische veranderingen omrekenen in tijd. De enige onzekerheid is het tijdstip dat de voorouders van mens en chimpansee zijn gesplitst, want dat is ons evolutionaire ijkpunt.’

Green heeft curieuze verschillen gevonden tussen Neanderthaler en mens. Zo blijkt één eiwit waarvoor mitochondriaal dna codeert (het speelt een rol bij de oxidatie van suikers), uit andere aminozuren opgebouwd dan bij de mens. ‘Bij dat eiwit zie je tussen chimpansee en mens vijf verschillen in zes miljoen jaar. Vier ervan blijken te zijn ontstaan sinds de splitsing van mens en Neanderthaler.’

Wat deze verschillen betekenen is nog onduidelijk, geeft Green toe. ‘Maar het laat wel zien dat vergelijking van het dna van Neanderthaler en mens ons kan wijzen op genen waarin evolutionaire ontwikkeling heeft plaatsgevonden.’

Opmerkelijk noemt Green dat Neanderthaler-dna veel meer dan menselijk dna variatie vertoont in de aminozuurproductie.

Dat wijst erop dat de Neanderthalerpopulatie zeer klein moet zijn geweest, waardoor de natuurlijke selectie zulke doorgaans schadelijke mutaties niet goed uit de populatie kon wegfilteren. ‘Vermoedelijk zwierven er zo’n 40duizend jaar geleden hooguit een paar duizend Neanderthalers door Europa.’

Het wachten is nu op een volledige genenkaart van de Neanderthaler. In 2006 kondigde de groep van Pääbo aan dat die binnen twee jaar zou worden gepresenteerd. Dat gaat lukken, zegt Green. ‘Eind dit jaar hebben we een eerste versie.’

Green verwacht dat voor het Neanderthaler-genoom uiteindelijk vrijwel dezelfde precisie haalbaar is als voor het menselijk genoom, met een foutmarge van 1 op 10duizend basen. ‘Dat zou ik een paar maanden geleden nog niet hebben gezegd, maar de dna-afleesmachines worden steeds beter.’

Op termijn komt Jurassic Park echt naderbij. Tot leven wekken kunnen we de Neanderthaler niet, aldus Green, maar wel zullen we zijn genen kunnen gaan testen, bijvoorbeeld ingebouwd in muizen. ‘Dat is een fluitje van een cent. Als je de basenvolgorde kent, kun je elk dna synthetiseren, ook dna van tienduizenden jaren oud.’ In de toekomst kan het Neanderthaler-dna mogelijk ook worden vergeleken met dat van vroege moderne mensen. Vorige maand werd een stuk mitochondriaal dna van een 28 duizend jaar oude Cro Magnon uit Italië gepubliceerd. Het bleek exact gelijk aan het hedendaagse menselijk equivalent.

Misschien omdat het ook modern dna is, zegt Green, bijvoorbeeld van een van de onderzoekers. ‘Verontreiniging van een fossiel monster met modern dna is altijd een probleem, zeker bij onze directe voorouders. Hoewel ze claimen dat ze elke besmetting hebben uitgesloten, weet je nooit zeker of je wel echt oud dna afleest.’

Meer over