Op de bevroren toendra van Siberië arriveerde ongeveer 50.000 jaar geleden Wolharige mammoet zijn einde onder mysterieuze omstandigheden. In monsters van de huid van het dier hebben onderzoekers nu chromosomen ontdekt die in hun oorspronkelijke 3D-configuratie bewaard zijn gebleven 1– een prestatie die voorheen onmogelijk werd geacht in DNA-onderzoek met fossiel DNA.

Het team onthulde ook de ruimtelijke organisatie van de DNA-moleculen van de mammoet en de actieve genen in zijn huid, waaronder een gen dat het dier zijn donzige uiterlijk geeft. Het werk is vandaag gedaanCelgepubliceerd.

De studie is de eerste die de 3D-structuur van een oud genoom rapporteert, zegt Ludovic Orlando, een moleculair archeoloog aan de Paul Sabatier Universiteit in Toulouse, Frankrijk, die niet bij het onderzoek betrokken was. Omdat de ruimtelijke structuur van een genoom – de complete set genetisch materiaal van een organisme – aanwijzingen geeft over genactiviteit, zou het begrijpen van deze structuur diepere inzichten kunnen opleveren in de cellulaire biologie van mammoethuid dan alleen het onderzoeken van de DNA-sequentie alleen, zegt hij. “Dit werk is gewoonweg ongekend.”

Vernietiging door de tijd

Ongeveer veertig jaar geleden ontdekten wetenschappers dat DNA-resten konden overleven in monsters uit het verre verleden, inbegrepen Egyptische mummies van duizenden jaren oud. Sindsdien is duidelijk geworden dat in veel oude overblijfselen DNA bewaard is gebleven.

Naarmate de tijd verstrijkt, wordt het DNA afgebroken en loopt het chemische schade op. Daarom hadden onderzoekers voorheen alleen DNA-fragmenten verkregen die geen samenhangende structuur hadden, zegt co-auteur van het onderzoek Erez Lieberman Aiden, een geneticus aan het Baylor College of Medicine in Houston, Texas. Het is vrijwel onmogelijk om uit zulke stukken een 3D-genoom te reconstrueren: een zoogdiergenoom is 30 miljoen keer groter dan een typisch fragment van oud DNA, zegt hij.

Geweldige ontdekking

Lieberman Aiden en zijn collega's betwistten deze veronderstelling en begonnen een negen jaar durende zoektocht naar goed bewaarde oude monsters en vonden uiteindelijk bijna intacte chromosomen in 52.000 jaar oude huidmonsters van een wolharige mammoet.Mammuthus primigenius), die afkomstig was van de Siberische permafrost. De ontdekking was “gewoon adembenemend”, zegt co-auteur Cynthia Pérez Estrada, geneticus aan het Baylor College of Medicine.

The legs of a juvenile female wooly mammoth, with a gloved hand holding a tuft of ginger hair at the foot

De onderzoekers analyseerden de structuur van de chromosomen van de mammoet en onthulden de vouwing van het DNA-molecuul en de ruimtelijke organisatie ervan in de celkern - twee kenmerken die bepalen welke genen zijn ingeschakeld en voor hoe lang.

Vergelijk met moderne olifanten, de nauwste levende verwanten van de mammoet, toonden niet alleen overeenkomsten in aantal en structuur van chromosomen, maar ook verschillen in de activiteit van genen die betrokken zijn bij haargroei en koude-aanpassing.

Gevriesdroogd DNA

De onderzoekers suggereerden dat de mammoetchromosomen in een glasachtige staat werden bewaard door een dehydratatieproces dat vergelijkbaar is met het proces dat wordt gebruikt om beef jerky te maken. Deze techniek resulteert in een weefsel waarin de DNA-moleculen stevig opeengepakt en onbeweeglijk zijn.

De experimenten van het team met gevriesdroogde beef jerky, die aan extreme tests werden onderworpen, zoals beschoten met een pistool en overreden door een auto, bevestigden de theorie van de onderzoekers: de jerky versplinterde als glas, maar de chromosomen bleven intact.

“Je zou op geen enkele manier denken dat [oud] DNA in zijn vorm bewaard zou blijven”, zegt Víctor Moreno Mayar, een specialist in genomica van oude populaties aan de Universiteit van Kopenhagen, die niet bij het onderzoek betrokken was. Zien dat ze het kan “is echt gaaf”, zegt hij.

De resultaten suggereren dat het potentieel voor het herstellen van oud DNA verder gaat dan voorheen voor mogelijk werd gehouden, op voorwaarde dat de omstandigheden ideaal zijn, zegt Moreno Mayar.

De aanpak in het artikel zou onderzoekers ook kunnen helpen een compleet mammoetgenoom samen te stellen, zegt Eriona Hysolli, hoofd levenswetenschappen bij Colossal Biosciences, een biotechnologiebedrijf in Dallas, Texas, dat werkt aan de heropleving van de wolharige mammoet.

Hysolli, die niet bij het onderzoek betrokken was, zegt dat een compleet mammoetgenoom zou kunnen helpen eigenschappen te onthullen die relevant zouden kunnen zijn voor het gedurfde plan van het bedrijf: de creatie van een olifant-mammoet-hybride, dat lijkt op het uitgestorven dier en opnieuw in zijn natuurlijke habitat zou kunnen worden geïntroduceerd.