Letošním laureátem Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu se stal švédský biolog Svante Pääbo. Odborná komise ocenila jeho zásluhy za objevy v evoluční genetice.
Svante Pääbo patří k průkopníkům oboru paleogenetiky. Se svým týmem porovnával genomy šimpanze a člověka, podařilo se mu sekvenovat mitochondriální DNA neandertálců, věnuje se také zkoumání nově objevených denisovanů.
Je zastáncem teorie, že mezi neandertálci, denisovany a předky moderních lidí docházelo běžně ke vzájemnému křížení. Díky přečtení DNA předchůdců člověka vidíme do historie mnohem lépe než dřív, komentoval výsledky molekulární genetik Jan Pačes z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd.
Po stopách lidstva
Člověka vždy zajímal jeho původ. Odkud pocházíme a kdo byli naši prapředkové? A čím se vlastně lišíme od ostatních současných primátů?
Svante Pääbo svým průkopnickým výzkumem dokázal něco zdánlivě nemožného: sekvenoval genom neandertálce, vyhynulého příbuzného dnešních lidí. Zároveň učinil senzační objev dosud neznámých lidských předků známých jako denisované. Pääbo také zjistil, že po migraci z Afriky před zhruba 70 tisíci lety došlo k přenosu genů z těchto dnes už vyhynulých druhů na Homo sapiens. A to už není jen zajímavost – má to fyziologický význam, protože to například ovlivňuje, jak lidský imunitní systém reaguje na infekce.
Pääbův výzkum byl natolik přelomový a zásadní, že díky němu vznikla zcela nová vědecká disciplína – paleogenetika. Jeho objevy odhalily genetické rozdíly, které odlišují všechny žijící lidi od našich vyhynulých předků, a poskytly tak základ pro zkoumání toho, co nás činí lidmi.
Příběh lidského rodu
Paleontologie a archeologie přinesly během uplynulých desetiletí spoustu důkazů o tom, jak vypadal „úsvit člověka“. Anatomicky moderní člověk Homo sapiens se poprvé objevil v Africe přibližně před 300 tisíci lety, zatímco naši nejbližší známí příbuzní, neandertálci, se vyvíjeli mimo Afriku – obývali Evropu a západní Asii přibližně od doby před 400 tisíci let až do doby před 30 tisíci lety, kdy vyhynuli.
Asi před 70 tisíci lety se skupinky druhu Homo sapiens stěhovaly z Afriky na Blízký východ a odtud se rozšířily do zbytku světa. Homo sapiens a neandertálci tak po desítky tisíc let existovali vedle sebe na velké části území Eurasie. O tom, jaké byly mezi oběma skupinami vztahy, ale až do vzniku paleogenetiky věda nemohla moc říct. Právě genetické informace přinesly přelom.
Když byl koncem devadesátých let 20. století sekvenován téměř celý lidský genom, získali vědci nástroj, který jim umožnil následné studie genetických vztahů mezi různými lidskými populacemi. Studie příbuznosti mezi současnými lidmi a vyhynulými neandertálci ale vyžadovaly sekvenování DNA získané přímo z těchto dávno mrtvých tvorů. Tehdy to vypadalo jako nemožný úkol.
Přichází Pääbo
Svante Pääbo byl už od počátku své kariéry fascinován možností využít moderní genetické metody ke studiu DNA neandertálců. Brzy si ale uvědomil, jak extrémně náročné je to technicky, protože DNA se časem chemicky mění a rozkládá se na krátké fragmenty. Po tisíciletích tak už zůstávají jen stopová množství DNA – a navíc tyto zbytečky bývají znečištěné DNA bakterií nebo současných lidí. Pääbo proto začal vyvíjet metody studia DNA neandertálců, což mu trvalo několik desetiletí.
Hodně mu v tom pomohlo, když byl roku 1990 přijat na Mnichovskou univerzitu, kde jako nově jmenovaný profesor získal prostředky pro takový výzkum. Rozhodl se analyzovat DNA z neandertálských mitochondrií – organel v buňkách, které obsahují vlastní DNA.
Mitochondriální genom je malý a obsahuje jen zlomek genetické informace v buňce, ale je přítomen v tisících kopií, což zvyšuje šanci na úspěch. Pääbo dokázal díky svým zdokonaleným metodám sekvenovat oblast mitochondriální DNA z kusu kosti starého 40 tisíc let. A vědci tak měli poprvé k dispozici sekvenci z vymřelého příbuzného. Srovnání s genomem současných lidí a šimpanzů tehdy ukázalo, že neandertálci byli geneticky odlišní.
Po tomto částečném úspěchu se pokusil o ještě větší výzvu: sekvenování jaderného genomu neandertálců. A opět uspěl. Pääbo dokázal zdánlivě nemožné a v roce 2010 díky tomu mohl jako první vědec na světě zveřejnit první sekvenci neandertálského genomu. Srovnávací analýzy prokázaly, že nejnovější společný předek neandertálců a Homo sapiens žil přibližně před 800 tisíci lety.
Pääbo a jeho spolupracovníci tak mohli zkoumat příbuzenské vztahy mezi neandertálci a současnými lidmi z různých částí světa. Srovnávací analýzy ukázaly, že sekvence DNA neandertálců se více podobají sekvencím současných lidí pocházejících z Evropy nebo Asie než současným lidem pocházejícím z Afriky. Ale to také znamená, že neandertálci a Homo sapiens se během tisíciletého soužití křížili. U současných lidí evropského nebo asijského původu pochází přibližně jedno až čtyři procenta genomu od neandertálců.
Neznámý prapředek
Roku 2008 byl v jeskyni Denisova v jižní části Sibiře objeven 40 tisíc let starý úlomek prstu. Kost obsahovala výjimečně dobře zachovalou DNA, kterou dostal za úkol sekvenovat logicky Pääbův tým. Výsledky vyvolaly senzaci: sekvence DNA byla jedinečná a lišila se od všech známých sekvencí neandertálců i současných lidí. Pääbo objevil dosud neznámého předka člověka.
Tento nový druh dostal jméno denisované. Srovnání se sekvencemi současných lidí z různých částí světa později ukázalo, že také mezi denisovany a druhem Homo sapiens docházelo k přenosu genetické informace – zjednodušeně řečeno se oba druhy mezi sebou křížily. Tento vztah byl poprvé pozorován u populací v Melanésii a dalších částech jihovýchodní Asie, kde lidé dodnes mají až šest procent DNA právě od denisovanů.
Pääbovy objevy vytvořily úplně nový obraz pravěkého světa. V době, kdy Homo sapiens migroval z Afriky, obývaly Eurasii nejméně dvě vymřelé populace jiných homininů. Neandertálci žili v západní Eurasii, zatímco denisované obývali východní části kontinentu. Během expanze Homo sapiens mimo Afriku a jejich migrace na východ se tak tito naši předkové setkávali a křížili nejen s neandertálci, ale také s denisovany.
- Hominidé jsou skupina shrnující v sobě člověka a jeho nejbližší příbuzné v rámci čeledi Hominidae. Z žijících hominidů sem patří oba druhy šimpanzů a člověk moudrý. Dále je do tohoto taxonu zahrnováno i množství vyhynulých předků obou skupin včetně jejich posledního společného předka.
Paleogenetika pomáhá i v moderním světě
Svante Pääbo svým průkopnickým výzkumem založil zcela novou vědní disciplínu, paleogenetiku. Po prvních objevech jeho skupina dokončila analýzy několika dalších sekvencí genomů vyhynulých homininů. Pääbo svými objevy vytvořil jedinečný nástroj, který vědecká komunita využívá k lepšímu pochopení evoluce a migrace člověka.
Díky objevům Svanteho Pääba navíc lidstvo ví, že archaické genové sekvence, které moderní lidé získali od svých vyhynulých příbuzných, ovlivňují i jejich fyziologii. Jedním z takových příkladů je denisovanská verze genu EPAS1, která poskytuje výhodu pro přežití ve vysoké nadmořské výšce a je běžná u současných Tibeťanů. Dalšími příklady jsou neandertálské geny, které ovlivňují naši imunitní odpověď na různé typy infekcí.
- Svante Pääbo je mimomanželským synem Sune Bergströma, který také získal Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství. Jeho matkou je estonská chemička Karin Pääbo.
Pääbo tak například popsal, že geny, které lidé získali po neandertálcích, mohou být rizikovým faktorem při onemocnění covidem-19. Podle studie zveřejněné v časopise Nature je riziko, že budou muset pacienta s covidem-19 připojit na plicní ventilaci, až třikrát vyšší, má-li ve své genetické výbavě neandertálský haplotyp.
Dějiny Nobelovy ceny za lékařství
Alfred Nobel se aktivně zajímal o lékařský výzkum. Prostřednictvím Karolinského institutu se kolem roku 1890 seznámil se švédským fyziologem Jönsem Johanssonem. V témže roce Johansson krátce pracoval v Nobelově laboratoři ve francouzském Sevranu.
Tato cena byla třetí oblastí ocenění, kterou Nobel ve své závěti zmínil. Od roku 1901 bylo uděleno 112 Nobelových cen za fyziologii nebo medicínu. Devětkrát nebyla udělena: v letech 1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 a 1942. Proč k předání nedošlo? Ve stanovách Nobelovy nadace se píše: „Není-li žádná z posuzovaných prací shledána významnou (…), je peněžitá cena odložena do následujícího roku. Pokud ani poté nebude možné cenu udělit, bude částka přidána k vyhrazeným fondům nadace.“ Během první a druhé světové války bylo obecně uděleno méně Nobelových cen.
V 39 případech byla Nobelova cena za fyziologii a medicínu udělena pouze jednomu laureátovi, 34 cen si rozdělili dva laureáti a 39 cen bylo rozděleno mezi tři laureáty. V letech 1901 až 2020 bylo oceněno 224 osob.
Zatím nejmladším laureátem Nobelovy ceny za fyziologii nebo medicínu je Frederick G. Banting, kterému bylo v roce 1923 pouhých 32 let. Naopak nejstarším laureátem této Nobelovy ceny je Peyton Rous, kterému bylo v roce 1966 už 87 let.
Z 224 osobností oceněných Nobelovou cenou za fyziologii nebo lékařství je dvanáct žen. Všechny, až na Barabaru McClintockovou, ji sdílely s někým dalším. Vůbec první ženou, která toto ocenění dostala, byla roku 1947 Gerty Coriová z Prahy.
Vloni tuto cenu získali David Julius a Ardem Patapoutian „za objev receptorů pro teplotu a hmat“.
