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Anwendungen der PCR

Die Neandertaler-Frage

Abb.1
Das Genom des Menschen

Ein besonders spannendes Anwendungsfeld der PCR1) ist die Aufklärung der Abstammung des Menschen. Untersuchungen mit genomischer und der Mitochondrium-DNA2) zufolge spaltete sich die Linie der Menschheit vor 300.000 bis 700.000 Jahren in Afrika und führt zum modernen Menschen Homo sapiens und dem Neandertaler Homo neanderthalensis (Krings et al., 1997). Noch vor etwa 40.000 Jahren lebten in Europa Neandertaler gemeinsam mit dem damals neu aus Afrika eingewanderten modernen Menschen und starben dann vor etwa 30.000 Jahren aus.

Ob sich diese beiden Populationen genetisch überhaupt vermischen konnten, selbst wenn sie Seite an Seite lebten, blieb allerdings lange fraglich. Waren es zwei Arten, die keinen fruchtbaren Nachwuchs miteinander mehr produzieren konnten, oder gab es doch gemeinsame Kinder, deren Erbgut möglicherweise auch noch im heutigen Menschen nachzuweisen ist? Und warum ist der Neandertaler vor etwa 30.000 Jahren ausgestorben? Im Jahr 2005 wurde ein Neandertaler-Projekt initiiert, um einige dieser Fragen zu klären.

Das Projekt

Die DNA der letzten Neandertaler ist viele Tausend Jahre alt und in einem entsprechend schlechten Zustand, denn DNA wird über die Zeit mehr und mehr chemisch zersetzt oder bakteriell abgebaut. In den meisten Neandertaler-Knochen lässt sich keine DNA mehr nachweisen, oder bestenfalls noch Fragmente von 50 bis 100 Basenpaaren, die für eine Genom-Sequenzanalyse eigentlich viel zu kurz sind. Cytosin-Reste sind zu Uracil abgebaut, und meistens sind mehr als 90 % der extrahierten DNA auf mikrobielle Verunreinigungen zurückzuführen.

Hinzu kommt, dass die Neandertaler-DNA während der Bergung und Aufbereitung der Proben oft mit DNA der Wissenschaftler verunreinigt wurde (S. Pääbo, 2004), die nie bedachten, dass diese Proben einmal für eine Sequenzbestimmung verwendet werden könnten. Angesichts einer Differenz der beiden Genome von weniger als 0,5 % ist eine Verunreinigung der fossilen durch moderne DNA mitunter schwer zu identifizieren. R. Green und Mitarbeiter untersuchten 2006 die von verschiedenen Laboren aus Neandertaler-Knochenproben isolierte DNA im Hinblick auf ihre Herkunft. Einige dieser Isolate enthielten fast ausschließlich DNA der modernen Menschen und praktisch keine fossile DNA mehr - mit derartigen Proben erübrigt sich jeder Erbgutvergleich.

Die Genomanalysen ergaben, dass sich moderner Mensch und Neandertaler vor 50.000 bis 100.000 Jahren im Nahen Osten miteinander fortpflanzten, bevor es in Europa zu einer Aufspaltung der beiden Gruppen kam. Etwa 1-4 % des heutigen Genoms des Menschen stammt vom Neandertaler. Warum die Neandertaler ausstarben, ist noch nicht endgültig geklärt. Es scheint aber so, als ob genetische Abweichungen in Bereichen für die kognitive und die geistige Entwicklung, Gene für Schädelbau, den Energiestoffwechsel und die Wundheilung eine Rolle gespielt haben könnten, warum der moderne Mensch sich durchsetzte.

Literatur

Pääbo, S.; Poinar, H.; Serre, D.; Jaenicke-Després, V.; Hebler, J.; Rohland, N.; Kuch, M.; Krause, J.; Vigilant, L.; Hofreiter, M. (2004): Genetic analyses from ancient DNA. In: Annu Rev Genet. 38 , 645-79
Green, R. E.; Krause, J.; Ptak, S. E.; Briggs, A. W.; Ronan, M. T.; Simons, J. F.; Du, L.; Egholm, M.; Rothberg, J. M.; Paunovic, M.; Pääbo, S. (2006): Analysis of one million base pairs of Neanderthal DNA. In: Nature. 444 , 330-6
Krings, M.; Stone, A.; Schmitz, R. W.; Krainitzki, H.; Stoneking, M.; Pääbo, S. (1997): Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. In: Cell. 90 , 19-30
1)PCR: polymerase chain reaction
2)DNA: Desoxyribonucleinsäure
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