Cameras roll as ancient-DNA eksperci Carsten Pusch i Albert Zink scrutinize rząd kolorowych szczytów na ich ekranie komputera. Następuje dramatyczna pauza. „Mój Boże!” szepcze Pusch, słowa są stłumione przez jego maskę chirurgiczną. Następnie obaj uściskali się i podali sobie ręce, przy akompaniamencie śmiechu i oklasków ich egipskich kolegów. Mają pełne prawo być z siebie zadowoleni. Po miesiącach żmudnej pracy wreszcie zakończyli analizę DNA sprzed 3300 lat, pochodzącego z mumii króla Tutanchamona.

Featured in the Discovery Channel documentary King Tut Unwrapped last year and published in the Journal of the American Medical Association (JAMA)1, their analysis – of Tutanchamon and ten of his relatives – was the latest in a string of studies reporting the analysis of DNA from ancient Egyptian mummies. Najwyraźniej ujawniając związki rodzinne mumii, jak również ich dolegliwości, takie jak gruźlica i malaria, praca ta wydaje się zapewniać bezprecedensowy wgląd w życie i zdrowie starożytnych Egipcjan i zapoczątkowuje nową erę „molekularnej egiptologii”. Z wyjątkiem tego, że połowa badaczy w tej dziedzinie kwestionuje każde słowo tego.

Wejdź w świat starożytnego egipskiego DNA i jesteś proszony o wybór między dwiema alternatywnymi rzeczywistościami: jedną, w której analiza DNA jest rutynowa, a drugą, w której jest to niemożliwe. „Pole starożytnego DNA jest podzielone absolutnie na pół”, mówi Tom Gilbert, który kieruje dwiema grupami badawczymi w Center for GeoGenetics w Kopenhadze, jednym z najlepszych na świecie laboratoriów starożytnego DNA.

Nie mogąc rozstrzygnąć dzielących ich różnic, obie strony publikują w różnych czasopismach, uczestniczą w różnych konferencjach i odnoszą się do siebie jako „wierzący” i „sceptycy” – kiedy, to znaczy, nie ignorują się nawzajem. Badanie Tutanchamona ponownie wywołało długotrwałe napięcia między tymi dwoma obozami, przy czym sceptycy twierdzą, że w tym badaniu, podobnie jak w większości innych, wyniki można wyjaśnić zanieczyszczeniem. Techniki sekwencjonowania nowej generacji mogą jednak wkrótce rozstrzygnąć spór raz na zawsze, ułatwiając sekwencjonowanie starożytnego, zniszczonego DNA. Ale na razie, mówi Zink, „To jest jak rzecz religijna. Jeśli nasze prace są recenzowane przez jedną z innych grup, dostajemy rewizje typu 'Nie wierzę, że to możliwe’. Trudno się z tym kłócić.”

Wzlot i upadek

Nieporozumienie wywodzi się z początków badań nad starożytnym DNA. W latach 80. młody doktorant Svante Pääbo pracował za plecami swojego promotora na Uniwersytecie w Uppsali w Szwecji, twierdząc, że dokonał tego, o czym nikt inny nie myślał, że jest możliwe: sklonował jądrowe DNA z liczącej 2400 lat egipskiej mumii2. Wkrótce naukowcy zdali sobie sprawę, że mogą wykorzystać nową technikę zwaną łańcuchową reakcją polimerazy (PCR) do amplifikacji niewielkich ilości DNA ze starożytnych próbek. Nastąpił wybuch entuzjazmu, gdy okazało się, że DNA pochodzi z różnych starożytnych źródeł, w tym od owadów zachowanych w bursztynie, a nawet od dinozaura sprzed 80 milionów lat3.

Mumie znalezione w grobowcu króla Tutenchamona znajdują się w centrum sporu o analizę DNA.B. IVERSON & B. QUILLICCI

Wtedy nastąpił upadek. Okazało się, że PCR, podatny na zanieczyszczenia w najlepszych czasach, jest szczególnie ryzykowny, gdy pracuje się z niewielkimi ilościami starego, rozbitego DNA. Tylko ślad współczesnego DNA – powiedzmy od archeologa, który miał do czynienia z próbką – może zniweczyć wynik. DNA „dinozaura” należało do współczesnego człowieka, podobnie jak pionierski klon Pääbo. Gdy naukowcy zaczęli stosować rygorystyczne środki ostrożności4, w tym replikowanie wyników w niezależnych laboratoriach, próby odzyskania DNA z egipskich mumii zakończyły się niewielkim sukcesem5.

To żadna niespodzianka, mówią sceptycy. DNA rozpada się z czasem, w tempie, które wzrasta wraz z temperaturą. Po tysiącach lat w gorącym klimacie Egiptu, mówią, mumie są bardzo mało prawdopodobne, aby zawierać fragmenty DNA wystarczająco duże, aby być amplifikowane przez PCR. „Zachowanie większości egipskich mumii jest wyraźnie złe” – mówi Pääbo, obecnie pracujący w Max Planck Institute for Evolutionary Anthroplogy w Lipsku i będący liderem w tej dziedzinie. Badacz starożytnego DNA Franco Rollo z Uniwersytetu w Camerino we Włoszech posunął się tak daleko, że sprawdził, jak długo może przetrwać DNA mumii. Sprawdził serię fragmentów papirusu w różnym wieku, zachowanych w podobnych warunkach jak mumie. Oszacował, że fragmenty DNA na tyle duże, by można je było zidentyfikować metodą PCR – o długości około 90 par zasad – zniknęłyby już po około 600 latach6.

Cały czas rywalizujący z nim badacze publikowali stały strumień prac na temat DNA pobranego z egipskich mumii mających do 5000 lat. Zink i jego koledzy przetestowali setki mumii i twierdzą, że wykryli DNA różnych bakterii, w tym Mycobacterium tuberculosis, Corynebacterium diphtheriae i Escherichia coli, jak również pasożytów odpowiedzialnych za malarię i leiszmaniozę.

W głośnym badaniu w zeszłym roku, zespół kierowany przez mikrobiologa Helen Donoghue w University College London zgłosił znalezienie DNA z M. tuberculosis w mumii dr Granville’a7 – nazwanej tak na cześć lekarza Augustusa Granville’a, pierwszej osoby, która przeprowadziła autopsję mumii w 1825 r.

Przynajmniej w przypadku gruźlicy Donoghue stanowczo nie zgadza się z poglądem, że DNA nie może przetrwać w egipskich mumiach. Mykobakterie takie jak M. tuberculosis mają ściany komórkowe bogate w lipidy, które ulegają powolnej degradacji i chronią DNA, argumentuje. Donoghue twierdzi, że w wielu przypadkach udało jej się potwierdzić obecność bakterii poprzez bezpośrednie wykrycie tych lipidów. Twierdzi ona, że ekstremalne środki antyskażeniowe wymagane przez duże laboratoria zajmujące się starożytnym DNA nie są tak istotne dla starożytnego mikrobowego DNA, jak dla ludzkiego DNA. W końcu, mówi ona, nowoczesne laboratoria diagnostyczne rutynowo wykrywają gruźlicę przy użyciu PCR – co sugeruje, że test nie jest tak podatny na zanieczyszczenia, jak obawiają się sceptycy. W opinii Donoghue „niektóre środki ostrożności, o których mówią, są całkowicie przesadzone w porównaniu z każdym laboratorium diagnostycznym w kraju”.

Sceptycy są niewzruszeni. Bez bardzo rygorystycznych kontroli w miejscu, to jest niemożliwe, aby pokazać, że wszelkie sekwencje mikrobowe są z starożytnego DNA, a nie z powiązanych nowoczesnych mikrobów, mówi Gilbert. „Skąd wiesz, że masz gruźlicę, a nie jakąś inną bakterię o podobnej sekwencji DNA?”. On i inni krytycy uważają, że całe to ciało badań jest oparte na myśleniu życzeniowym.

Dwie grupy teraz zmęczyły się sporem. „W dużej mierze poradzono sobie z tym, ignorując się nawzajem”, mówi Ian Barnes, paleontolog molekularny w Royal Holloway, University of London, który pracuje nad DNA starożytnych zwierząt, w tym mamutów. „Wokół jest wystarczająco dużo martwych rzeczy, nie jesteś zobowiązany, aby dostać się do cudzego obszaru”.

Królewski argument

Po badaniu JAMA dotyczącym Tutanchamona i jego rodziny, argumenty jednak powróciły z mocą. Badania ludzkiego DNA z egipskich mumii są najbardziej kontrowersyjne ze wszystkich. Jednym z powodów jest wysoki profil roszczeń. Innym jest fakt, że zanieczyszczenie współczesnym ludzkim DNA jest niezwykle trudne do wykrycia, ponieważ jego skład genetyczny jest niemal identyczny jak skład mumii. Na dodatek ograniczony dostęp do próbek sprawia, że trudno jest sprawdzić wszelkie twierdzenia w niezależnym laboratorium. Po ponad wieku, w którym cenne artefakty wypłynęły z kraju do muzeów i prywatnych kolekcji na całym świecie, władze egipskie wprowadziły zakaz wywożenia próbek archeologicznych z Egiptu. Większość nieegipskich naukowców chcących badać mumie jest ograniczona do eksponatów muzealnych w innych miejscach.

Archeolog Zahi Hawass z babcią króla Tuta i dużą ilością prasy.A. WAGUIH/REUTERS

Projekt Tutanchamona został przeprowadzony przez egipski zespół zatrudniony przez archeologa Zahi Hawassa, najwyższego urzędnika Egiptu odpowiedzialnego za starożytności. Było to pierwsze badanie starożytnego DNA na królewskich mumiach, a krajowi brakowało niezbędnej wiedzy. Hawass poprosił więc Zinka, wybitnego badacza z Instytutu Mumii i Człowieka Lodu EURAC w Bolzano we Włoszech, oraz Puscha z Uniwersytetu w Tybindze w Niemczech, by wystąpili w roli konsultantów. Para ta zaprojektowała i nadzorowała badania, w tym budowę dwóch specjalnych laboratoriów w Kairze. Laboratoria zostały częściowo opłacone przez Discovery Channel, który sfilmował projekt.

Badacze zaprzeczają, że zaangażowanie telewizji umieścić je pod nadmierną presją, aby produkować dramatyczne wyniki. Ale praca dla kamer sprawiła, że trudny projekt stał się jeszcze trudniejszy, mówi Pusch. „Za każdym razem, gdy przychodzili filmować, musieliśmy zamykać laboratorium na tydzień, żeby posprzątać”. Ostatecznie ekipa telewizyjna została wygnana, a sceny laboratoryjne zrekonstruowane.

W końcu projekt wydawał się być dzikim sukcesem, a jego ustalenia przyciągnęły szeroką uwagę prasy. Naukowcy twierdzili, że wykryli DNA pasożyta malarii Plasmodium falciparum w kilku mumiach, w tym Tutanchamona, sugerując, że infekcja przyczyniła się do ich śmierci. Powiedzieli również, że pobrali fragmenty ludzkiego DNA z każdej testowanej mumii i wykorzystali te dane do skonstruowania pięciopokoleniowego drzewa genealogicznego, od pradziadków Tutenchamona do dwóch maleńkich ciał znalezionych w jego grobowcu, zidentyfikowanych jako jego martwo urodzone dzieci.

Cały ten epizod tylko podniósł brwi w drugiej połowie społeczności. „Jestem bardzo sceptyczny”, mówi Eske Willerslev, dyrektor kopenhaskiego Center for GeoGenetics, który był współautorem listu do JAMA, kwestionującego wyniki badań8. Jego główne obawy, podzielane przez innych, dotyczyły zastosowanej metody analizy DNA. Zamiast ekstrakcji i sekwencjonowania DNA, zespół zastosował technikę zwaną genetycznym fingerprintingiem, która polega na pomiarze wielkości produktów DNA, które zostały amplifikowane przez PCR. Krytycy twierdzą, że jest ona rzadko stosowana w badaniach starożytnego DNA, ponieważ bez danych sekwencyjnych szczególnie trudno jest wykluczyć zanieczyszczenie. A na dobrze traktowanej mumii, takiej jak Tutanchamon, sceptycy twierdzą, że zanieczyszczenie może być powszechne.

Kość niezgody

Zespół Tutanchamona przeprowadził wiele kontroli, w tym replikację testów przez różne zespoły w dwóch laboratoriach i porównanie odcisków palców DNA mumii z odciskami zespołu badawczego, aby sprawdzić, czy nie doszło do zanieczyszczenia. Zink i Pusch dodają, że próbki zostały pobrane z wnętrza kości mumii, gdzie, jak twierdzą, zanieczyszczające DNA nie powinno było dotrzeć.

Zink i Pusch uważają, że proces mumifikacji chronił DNA przed degradacją w gorącym grobowcu poprzez usunięcie wody, która jest wymagana dla głównego mechanizmu rozkładu DNA, zwanego depurynacją. Egipscy balsamiści suszyli ciała za pomocą natronu, naturalnie występującej mieszaniny soli, natychmiast po śmierci. „Egipcjanie naprawdę wiedzieli, jak konserwować ciało” – mówi Zink. „Pozbywali się wody bardzo szybko”. Tutanchamon był również smagany materiałami do balsamowania i namaszczania, uważa się, że zawierają one składniki takie jak bitum, oleje roślinne i wosk pszczeli, a Pusch uważa, że dało to DNA dodatkową ochronę przed szkodliwym działaniem wody. Hawass nie był bezpośrednio zaangażowany w badania DNA, ale stoi przy wnioskach zespołu, mówiąc, że DNA w egipskich mumiach wydaje się być dobrze zachowane.

„Jest wiele rzeczy słusznych w tym artykule”, mówi David Lambert, badacz starożytnego DNA i biolog ewolucyjny na Griffith University w Nathan, Queensland. Lambert zwraca uwagę, że zespół Tutanchamona nie był w stanie amplifikować markerów chromosomu Y z żeńskich mumii, co przemawia przeciwko skażeniu ze strony współczesnych archeologów, którzy na ogół są mężczyznami. W niepublikowanej pracy twierdzi on, że udało mu się amplifikować DNA ze zmumifikowanych ibisów, świętych ptaków w starożytnym Egipcie. „Jesteśmy pewni, że tradycyjne metody PCR działają z niektórymi materiałami, które mamy,” mówi.

Małe ciała pochowane z Tutenchamonem są uważane za jego martwo urodzone dzieci.B. IVERSON & B. QUILICI

Sceptycy, jednak wątpią, że było wystarczająco dużo DNA pozostawionego w Tutenchamonie, aby wynik był prawdziwy. Twierdzą oni, że zmumifikowane ciało szybko wchłonęłoby każdą wilgoć dostępną w atmosferze, zwłaszcza w jego porowatych kościach. Kiedy brytyjski archeolog Howard Carter po raz pierwszy otworzył trumny Tutenchamona w 1925 roku, stwierdził, że zostały one uszkodzone przez wilgoć. Ale jest to trudne dla każdego innego do replikowania pracy DNA bez pozwolenia na dostęp do próbek.

The Tutanchamon badania opuścił pole bardziej podzielone niż kiedykolwiek, z wyraźną frustracją po obu stronach. „Nie rozumiem surowości ludzi”, mówi Pusch. „To jest pionierska praca”. On i Zink mówią, że sekwencjonują DNA z mitochondriów i chromosomów Y mumii, i planują opublikować te wyniki w tym roku.

Ale teraz, po latach konfliktu, postępy w technologii sekwencjonowania zmieniają grę. Najnowsze techniki mogą czytać znacznie krótsze fragmenty – łatwo w dół do 30 par zasad, które mogą być znalezione w 2000-letniej egipskiej mumii. „To przesuwa czas przeżycia o wiele dalej”, mówi Gilbert. „Rzeczy, które w przeszłości spisywaliśmy na straty, teraz możemy uzyskać genomy”. I, co kluczowe, szybkość technik sprawia, że znacznie łatwiej jest sekwencjonować próbkę wiele razy i wykluczyć zanieczyszczenie, sprawdzając wzorce uszkodzeń charakterystyczne dla starożytnego DNA.

W ubiegłym roku techniki te umożliwiły Willerslevowi, Gilbertowi i ich kolegom opublikowanie pełnej sekwencji genomu paleo-Eskimosa z Grenlandii, który ma około 4000 lat9. W ciągu kilku tygodni zespoły kierowane przez Pääbo opublikowały genom liczącego 38 000 lat neandertalczyka10 oraz nieznanego wcześniej hominina z południowej Syberii11. Tymczasem zespół Zinka jest na skraju opublikowania genomu Ötzi the Iceman.

Wszystkie te okazy zachowały się w zimnie – ale Willerslev już stosuje techniki nowej generacji do ekstrakcji DNA z różnych południowoamerykańskich mumii, z których niektóre zachowały się w cieplejszych warunkach. „Niektóre z nich zdecydowanie działają” – mówi. Jednak, jak dodaje, obserwuje ogromną zmienność w tym, czy próbki dają DNA – jest to możliwy powód, dla którego egipskie mumie przyniosły tak sprzeczne wyniki. Wraz z gwałtownym spadkiem kosztów sekwencjonowania, naukowcy ustawiają się w kolejce, by wypróbować te techniki na egipskich mumiach.

Zink i Pusch negocjują teraz skomplikowaną ścieżkę polityczną w kierunku zastosowania technik nowej generacji na Tutenchamonie i jego krewnych. „Bardzo byśmy chcieli to zrobić”, mówi Zink. „To miałoby absolutny sens. Problem polega na tym, żeby zrobić to w Egipcie”. Z żadnymi próbkami niedozwolonymi poza krajem, musieliby zabrać maszyny do sekwencjonowania do Kairu, co jest kosztowną propozycją. I istnieje obawa, mówi Zink, że taka praca może przynieść politycznie wrażliwe informacje na temat pochodzenia genetycznego faraonów, i czy którykolwiek z ich potomków żyje dzisiaj. „To idzie w prawo do ich historii.”

Still, Zink jest optymistą, że następna generacja sekwencjonowania pomoże przynieść podzielone pole z powrotem razem. „Myślę, że naprawdę nadszedł czas, aby połączyć różne strony i przestać kłócić się o pracę innych”, mówi. „W przypadku sekwencjonowania następnej generacji ludzie nie mogą po prostu powiedzieć 'nie podoba mi się to’. Ludzie muszą dyskutować o pracy w oparciu o same dane.” Willerslev zgadza się, oferując rzadką gałązkę oliwną. „Myślę, że stwierdzimy, że wierzący byli zbyt bezkrytyczni”, mówi. „Ale sceptycy byli prawdopodobnie zbyt konserwatywni”.

Jo Marchant jest autorem książki Decoding the Heavens: Solving the Mystery of the World’s First Computer.

• 1. Hawass, Z. et al. J. Am. Med. Assoc. 303, 638-647 (2010). | Artykuł | ISI | ChemPort |
  2. Pääbo, S. Nature 314, 644-645 (1985). | Artykuł | PubMed | ISI | ChemPort |
  3. Woodward, S. R., Weyand, N. J. & Bunnell, M. Science 266, 1229-1232 (1994). | Artykuł | PubMed | ISI | ChemPort |
  4. Cooper, A. & Poinar, H. Science 289, 1139 (2000). | Artykuł | PubMed | ISI | ChemPort |
  5. Krings, M. et al. Am. J. Hum. Genet. 64, 1166-1176 (1999). | Artykuł | PubMed | ISI | ChemPort |
  6. Marota, I., Basile, C., Ubaldi, M. & Rollo, F. Am. J. Phys. Anthropol. 117, 310-318 (2002). | Artykuł | PubMed | ISI |
  7. Donoghue, H. D. et al. Proc. R. Soc. B 277, 51-56 (2010). | Artykuł | PubMed | ISI | ChemPort |
  8. Lorenzen, E. D. & Willerslev, E. J. Am. Med. Assoc. 303, 2471 (2010). | Artykuł | ISI | ChemPort |
  9. Rasmussen, M. et al. Nature 463, 757-762 (2010). | Artykuł | PubMed | ISI | ChemPort |
  10. Green, R. E. et al. Science 328, 710-722 (2010). | Artykuł | PubMed | ISI | ChemPort |
  11. Reich, D. et al. Nature 468, 1053-1060 (2010). | Artykuł | PubMed | ISI | ChemPort |