Zinātnes nedēļa 2023: pārrakstīt cilvēka evolūcijas vēsturi

Jums ir bakalaura grāds bioloģijā, maģistra grāds – ķīmiskajā patoloģijā, savukārt doktora grāds – bioinformātikā. Kā nonācāt līdz zinātnei un nolēmāt pievērsties tieši šīm apakšnozarēm?

Zinātne mani saistījusi vienmēr, un vecāki manu zinātkāri allaž ļoti veicināja. Daba un dzīvnieki bija manā interešu lokā, taču es nezināju, ko gribētu apgūt. Tieši tādēļ sāku studēt bioloģiju. Studiju laikā un saziņā ar pētniekiem sapratu, ka mani interesē molekulārā bioloģija un ģenētika. Tolaik vēl nebija pieejams gandrīz neviena organisma genoms (DNS sekvence). Mani interesēja, kā iespējams izmantot DNS, lai izprastu cilvēces izcelsmi un molekulāro evolūciju, tādēļ izvēlējos studēt molekulāro bioloģiju un bioķīmiju – būtībā apguvu iemaņas, kas nepieciešamas datu interpretēšanai. 

Tuvojoties absolvēšanai, sapratu, ka molekulārajā bioloģijā arvien vairāk nepieciešama skaitļošana. Genoma sekvencēšana tika izmantota arvien biežāk, un kļuva skaidrs, ka DNS sekvences nebūs iespējams pārzināt, pētīt un analizēt manuāli, kā tas bija pieņemts līdz šim. Tādējādi man radās interese par skaitļošanas bioloģiju, kas aizveda līdz doktora grādam bioinformātikā.

Nāku no Dienvidāfrikas, un manas doktora disertācijas vadītājs Vinstons Haids (Winston Hide) bija pirmais bioinformātiķis Dienvidāfrikā. Viņš izveidoja jaunu institūtu, kas pulcēja faktiski pirmo bioinformātikas studentu grupu Dienvidāfrikā. Noslēdzoties pēcdoktorantūras periodam, pārcēlos uz Vāciju. 

Šķiet, ka bioinformātika Vācijā ir labi attīstīta joma…

Jā, līmenis skaitļošanas bioloģijā te ir augsts. Daudzi pētnieki no Vācijas bija iesaistīti arī starptautiskajā projektā ar mērķi sekvencēt un analizēt cilvēka genomu (Human Genome Project). Agrāk tā nebija, taču tagad informātika ir kļuvusi par arvien ierastāku izvēli, ko bioloģijas studenti apgūst savā studiju programmā. Studentiem no Vācijas, kas strādā mūsu institūtā, ir visnotaļ laba izglītība un pieredze, vismaz atsevišķos DNS sekvenču datoranalīzes aspektos. 

Kādas ir sajūtas, strādājot jomā, kas attīstās tik dinamiski?

Tas ir ļoti aizraujoši, un man nudien ir paveicies darboties šajā nozarē! Uz Vāciju pārcēlos, lai strādātu salīdzinošajā genomikā, taču tobrīd pieejami bija tikai nedaudz neandertāliešu DNS sekvencēto datu, un nebija skaidra veida, kā izgūt visu genomu.

Tāpēc mēs strādājām ar šimpanzēm un bonobo, cenšoties saprast, kas mūsdienu cilvēku atšķir no mūsu dzīvajiem radiniekiem – lielajiem pērtiķiem. Pēcāk man radās iespēja strādāt ar neandertālieša genomu. Šie ir bijuši 15 ļoti aizraujoši gadi! 

Joma ir progresējusi ārkārtīgi strauji, pateicoties grandiozai DNS sekvencēšanas tehnoloģiju attīstībai, bez kuras mēs nespētu rekonstruēt senos genomus. Arheoloģiskajos izrakumos atrastajos kaulos vai zobos seno cilvēku DNS faktiski ir ļoti fragmentēts – lielāko daļu tajos veido mikrobu DNS. Lai iegūtu pietiekami daudz materiāla senā genoma rekonstruēšanai, mums nepieciešams sekvencēt miljonus un miljardus DNS fragmentu, un tas ir iespējams, pateicoties jaunajām sekvencēšanas tehnoloģijām. 

DNS sekvencēšanas tehnoloģijas ir piedzīvojušas strauju attīstību pēdējo 15 gadu laikā. Kas sagaidāms nākamajos 15 gados šajā jomā?

Es baidos pat izteikt pieņēmumu, jo lietas mainās tik strauji! DNS ir garas ķēdes, veselas hromosomas. Jo garākas ir nolasījumu sekvences (angļu val.: reads), jo precīzāk var rekonstruēt genomus un izprast to funkcijas.

Patlaban tiek pielikts daudz pūļu, lai optimizētu nolasījumu garumu un precizitāti. Senās DNS jomā ir problemātiskāk – DNS, ko iegūstam no fosilijām, parasti ir sašķelta ļoti sīkās vienībās, tādēļ mēs vairāk esam ieinteresēti tāda veida attīstībā, kas ļautu vienlaikus sekvencēt lielāku daudzumu DNS fragmentu, jo tas samazinātu sekvencēšanas izmaksas un varētu ļaut sekvencēt sliktāk saglabātus paraugus. Laiks rādīs, kas notiks nākotnē, taču esmu pārliecināta, ka tā būs aizraujoša! 

Viens no galvenajiem uzdevumiem ir iegūt vairāk informācijas par ģenētisko variāciju. Ne tikai lielāku sekvenču skaitu no lielāka cilvēku skaita, bet arī vairāk sekvenču no dažādām sugām, vairāk zināšanu par citām sugām, ar kurām sadzīvojam uz šīs planētas. 

Jūsu nodaļa pēta senās sugas, strādājot ar paraugiem, kas ir pat 400 000 gadu veci. Cik pieejami tie ir?

Iepriekšminētais ir daļa no pavisam jaunas zinātniskās disciplīnas – paleogenomikas, kuru virzīja jūsu institūts Svantes Pēbo vadībā. Jūs ne tikai sekmīgi sekvencējāt neandertālieša genomu, bet arī atklājāt iepriekš nezināmu hominīnu – deņisovieti. Kādas ir sajūtas tagad, kad jūsu dēļ ir jāpārraksta cilvēces evolūcijas vēsture? 

[Smejas.] Šis ir patiešām aizraujošs laiks! Taču šīs jomas mācībspēkiem nav viegli, jo katru nedēļu tiek publicēts jauns raksts, līdz ar to pastāvīgi jāatjauno informācija gan par tehnoloģijām, gan par atklājumiem. 

Runājot par deņisoviešiem – šī iepriekš nezināmā hominīna atklāšana bija liela veiksme. Denisa alā, ļoti skaistā vieta Altaja kalnos, rit arheoloģiskie izrakumi un regulāri tiek iegūtas jaunas fosilijas. Kad arheologi mums sagādāja nelielu pirksta kauliņu, nodomājām, ka mums ir darīšana ar neandertālieti vai, iespējams, mūsdienu cilvēku.

Kaula DNS sekvencēšana parādīja, ka tas nav ne neandertālietis, ne mūsdienu cilvēks, tātad bija atklāts jauns hominīns, kas pieder seno cilvēku grupai, kurus tagad saucam par deņisoviešiem.

Genoma informācija liecina, ka deņisovieši bija radniecīga grupa neandertāliešiem, bet ar savu neatkarīgu vēsturi. Lai arī deņisoviešu fosilijas vēl aizvien ir diezgan retas, liecības par viņiem atrodamas gan Sibīrijā, gan Tibetas plato, un mēs domājam, ka viņi bija plaši sastopami visā Āzijā. 

Kāpēc, pēc jūsu domām, ir būtiski ielūkoties tik dziļi pagātnē?

Iedziļināšanās pagātnē sniedz informāciju ne tikai par senajiem, bet arī mūsdienu cilvēkiem, mūsu ģenētisko daudzveidību.

Maksa Planka Evolucionārās antropoloģijas institūts ir iespaidīga un ļoti ietekmīga iestāde. Ar ko nodarbojas jūsu zinātniskā grupa?

Mūsu institūtu veido sešas starpnozaru nodaļas un vairākas pētījumu grupas. Es vadu bioinformātikas pētījumu grupu, kas ietilpst Svantes Pēbo vadītajā Evolucionārās ģenētikas nodaļā (Department of Evolutionary Genetics). Nodaļas un pētnieku grupas ir ļoti starpdisciplināras un cieši sadarbojas dažādos senās DNS izgūšanas, sekvencēšanas un analīzes aspektos. Mana komanda ir iesaistīta programmatūras un analīzes sistēmu izstrādē genomu rekonstruēšanai un analīzei.
  
Mēs darbojamies ļoti saskaņoti, un tā ir viena no mūsu stiprajām pusēm.

Genoma pētīšanai nepieciešama izteikti multidisciplināra pieeja. Pulcējot speciālistus ar dažādu izglītību un pieredzi, piemēram, ķīmiķus, bioķīmiķus, molekulāros biologus, inženierus un fiziķus, ikviens no mums risina problēmu savas kompetences ietvaros, līdz ar to varam raiti virzīties uz priekšu.

Mūsdienu zinātnieki daudz pārvietojas, gluži kā senie cilvēki, vai ne? Cik valstu pārstāvji ir institūta komandā? 

Nezinu, cik valstis ir pārstāvētas, bet kolektīvs ir patiešām daudznacionāls. Mūsu pētījumu grupā vien ir speciālisti no Francijas, Vācijas, Itālijas, Dienvidāfrikas un ASV. Tā kā šī ir mācību iestāde, mums ir daudz doktorantūras un pēcdoktorantūras studentu, kas pavada te pāris gadu, pirms dodas tālāk. Cilvēki nepārtraukti nāk un iet. Kolektīvs ir ne tikai daudznozaru, bet arī daudznacionāls, kas ir brīnišķīgi. 

Runājot par RSU Zinātnes nedēļu, kas arī ir daudznozaru un daudznacionāls pasākums, lūdzu, ieskicējiet jūsu galvenās runas tēmu?

Sākšu ar pārskatu par jomu. Izstāstīšu, ko līdz šim esam uzzinājuši par neandertāliešiem un deņisoviešiem. Vairākus gadus mani īpaši interesēja tas,

kā ir krustojušies neandertālieši un mūsdienu cilvēki, kā arī deņisovieši un mūsdienu cilvēki. Es pētu, ko tas stāsta par mūsdienu cilvēku pārvietošanos un kādas funkcionālās sekas tas ir radījis mūsdienu cilvēkiem. 

RSU Zinātnes nedēļā rīkotajās konferencēs un citos pasākumos pulcēsies starpnozaru zinātnieki, studenti, kā arī dalībnieki no valsts pārvaldes, nevalstiskā sektora, dažādām asociācijām utt. Ir zināms, ka jūs ne tikai strādājat institūtā, bet arī Starptautiskajā skaitļošanas bioloģijas biedrībā (International Society for Computational Biology, ISCB). Pieļauju, ka bieži vakari un nedēļas nogales jāvelta darbam. Kādu labumu tas sniedz? 

ISCB esmu bijusi iesaistīta gadiem un ļoti augstu vērtēju to enerģiju un atvērtības kultūru, kas šai skaitļošanas biologu komūnā valda. Sajūta, ka sniedz savu artavu, ir ļoti laba. Šai organizācija īpaši aktīva ir studentu grupa, kas nāk klajā ar iniciatīvām un pasākumiem. Man patīk strādāt ar studentiem zinātniskajās grupās un ar saviem studentiem šeit, institūtā. Raugos uz to kā uz ieguldījumu, kas palīdz virzīt šīs jomas attīstību.