DNA uit het bot van een Neanderthaler

'Een technische tour-de-force', zo omschreef Science op 11 juli de ontdekking van prof.dr. Svante Pääbo en zijn collega's van de Universiteit van München. Ze slaagden er als eersten in een stukje DNA uit een bot van een Neanderthaler te isoleren. Met hun onderzoek, uitgevoerd in samenwerking met het Rheinisches Landesmuseum Bonn, ondersteunen ze de idee dat de Neanderthaler geen voorouder was van de mens, maar een evolutionair eindstation (Cell, 11 juli).

Het resultaat is niet alleen belangrijk voor degenen die geïnteresseerd zijn in de afstamming van de mens. Ook het onderzoek aan oud DNA krijgt eindelijk een steun in de rug. Sinds 1994 ligt dit soort onderzoek onder vuur. In dat jaar beweerden enige Amerikaanse paleontologen, onder leiding van Scott Woodward, dat ze DNA hadden geïsoleerd uit botten die volgens hen van een dinosauriër waren. De botten waren naar schatting 80 miljoen jaar oud. Maar achteraf bleek het opgespoorde DNA niet van de dinosauriër afkomstig. “Het fossiel was nota bene versteend. Daar zat echt geen DNA meer in”, zegt dr. Tonja van der Kuyl, van de vakgroep Humane Retrovirologie van de Universiteit van Amsterdam. Van der Kuyl heeft de afgelopen jaren geprobeerd DNA te isoleren uit 2.000 jaar oude, Egyptische apenmummies. Dat lukte, maar het DNA bleek niet afkomstig van de apen. “Zodra een dier sterft gaan eiwitten en DNA in de lichaamscellen kapot aan allerlei chemische reacties zoals hydrolysatie en oxidatie. Afhankelijk van de omstandigheden kunnen die moleculen binnen enkele duizenden jaren verdwenen zijn. Alleen in zeer bijzondere omstandigheden blijven ze langer bewaard, zoals in extreme koude of een omgeving zonder zuurstof. Mammoeten in permafrost en insecten in barnsteen kunnen nog wel DNA bevatten, ondanks het feit dat ze vaak tien- tot honderduizenden jaren oud zijn.”

Het DNA dat Woodward en Van der Kuyl vonden was van een mens. Van der Kuyl: “Archeologen en paleontologen werken niet met handschoenen, fossielen gaan vaak van hand tot hand. Zo kunnen bijvoorbeeld huidcellen op de fossiele botten terechtkomen. Je denkt dat je DNA uit je fossielen isoleert, maar vaak blijkt het een menselijke contaminatie te zijn.”

De Amerikanen Collura en Stewart van de State University in New York achterhaalden in 1995 wat er precies aan de hand was. Onderzoekers die DNA uit een oud bot proberen te halen, richten zich meestal op mitochondriaal DNA (mtDNA). Dit erfelijke materiaal bevindt zich in de mitochondriën, de energiefabriekjes van de cel. Het mtDNA evolueert sneller dan het DNA in de celkern.

Uit hun onderzoek concludeerden Collura en Stewart dat er dertig miljoen jaar geleden, in de geslachtscel van een primaat, een stukje mtDNA was overgesprongen naar de kern. Dit stukje mtDNA heeft zich in de kern tussen het erfelijk materiaal gezet en evolueerde daarna langzamer dan het in een mitochondrion zou doen. Vergeleken met modern mtDNA uit een mitochondrion lijkt deze kopie in de kern dus oud. In de loop van de volgende miljoenen jaren heeft zo'n sprong zich nog enkele malen voorgedaan. Alle apen van de Oude Wereld en alle homonoïden, waaronder de mens, bezitten dergelijke stukjes overgesprongen, oud mtDNA in hun kern. En dat is wat Woodward en ook Van der Kuyl isoleerden. Geen mtDNA uit dinosaurus-botten of apenmummies, maar mtDNA uit de kern van waarschijnlijk een mensencel.

Pääbo en zijn collega's hebben inmiddels een streng protocol opgesteld voor de isolatie van mtDNA uit fossielen: eerst meten ze het gehalte van de aminozuur-racemisatie. Aminozuren komen in levende organismen alleen voor in hun linksdraaiende vorm (de L-vorm). Zodra het organisme sterft start een vervalproces, racemisatie, waarbij aminozuren veranderen in rechtsdraaiende moleculen (de D-vorm). De D/L-ratio is een maat voor het verval van het DNA en vertelt de onderzoeker of hij nog erfelijk materiaal in zijn fossiel mag verwachten.

Vervolgens nemen de onderzoekers een klein stukje bot (de Duitsers kregen 3.5 gram van het rechter opperarmbeen van de Neanderthaler). Dat wordt in een clean room verder behandeld. In deze ruimte draagt iedereen mondmaskers, haarnetjes en laboratoriumjassen. Al het onderzoek speelt zich af in deze kamer, al het materiaal voor onderzoek is daar aanwezig. Daarna volgt de isolatie van het DNA. Dit gebeurt altijd met een negatieve controle (een experiment waarbij geen DNA in de reageerbuis zit). De proef wordt ter bevestiging altijd een keer herhaald. Bovendien voert een extern lab de tests nog eens uit. In dit geval was dat een groep van de Pennsylvania State University. Na al deze maatregelen konden de Duitse onderzoekers met redelijke zekerheid zeggen dat het geïsoleerde DNA daadwerkelijk van de Neanderthaler afkomstig is. Op het resultaat van hun onderzoek - de Neanderthaler is geen voorouder van de mens, maar een evolutionair eindstation - lijkt daarom weinig af te dingen.