Archiefbeeld

Nobelprijs voor Geneeskunde gaat naar Zweedse onderzoeker die genoom van uitgestorven mensensoorten en menselijke evolutie bestudeert

De Zweedse bioloog Svante Pääbo heeft de Nobelprijs voor de Geneeskunde gewonnen. Dat heeft het Nobelprijscomité vandaag bekendgemaakt. Pääbo onderzoekt het genoom van uitgestorven mensensoorten en bestudeert de menselijke evolutie.

Pääbo is gespecialiseerd in evolutionaire genetica. Zijn onderzoek heeft belangrijke inzichten opgeleverd over de menselijke evolutie en heeft onze kennis over uitgestorven mensensoorten aanzienlijk uitgebreid.

De mensheid is altijd geïntrigeerd geweest door haar oorsprong. Waar komen we vandaan, op welke manier zijn we verwant met de soorten die voor ons kwamen en hoe verschillen wij, Homo sapiens, van andere mensachtigen?

Door zijn baanbrekend onderzoek kon Svante Pääbo iets verwezenlijken wat onmogelijk leek: het in kaart brengen van het genoom - het genetisch materiaal - van de neanderthaler, een uitgestorven verwant van de huidige mensen. Daarnaast deed hij ook een sensationele ontdekking, namelijk een tot dan toe onbekende mensensoort, de denisovamens.

Belangrijk was eveneens dat Pääbo ontdekte dat er een overdracht van genen had plaatsgevonden van deze twee, nu uitgestorven mensensoorten naar Homo sapiens. Met andere woorden, nadat de moderne mens zo'n 70.000 jaar geleden uit Afrika was gemigreerd, heeft hij zich in Eurazië vermengd met de neanderthaler en de denisovamens. De oude genen die de moderne mens op die manier verkregen heeft, zijn ook nu nog steeds relevant, zo beïnvloeden ze bijvoorbeeld hoe ons immuunsysteem reageert op infecties. 

Het oorspronkelijke onderzoek van Pääbo heeft tot het ontstaan geleid van een totaal nieuwe wetenschappelijke discipline: de paleogenomica. Door de genetische verschillen bloot te leggen die alle levende mensen onderscheiden van uitgestorven mensachtigen, vormen zijn ontdekkingen de basis die ons toelaat te onderzoeken wat er uniek is aan de mens. 

BEKIJK - Onze wetenschapsjournalist Koen Wauters legt in "Het journaal" uit waar Pääbo de prijs precies voor kreeg:

Videospeler inladen...

Svante Pääbo werd in 1955 geboren in de Zweedse hoofdstad Stockholm. 

Hij behaalde in 1986 zijn doctoraat aan de Uppsala universitet en was daarna een postdoctoraal onderzoeker aan de Universität Zurich en vervolgens aan de University of California, Berkeley.

In 1990 werd hij professor aan de Ludwig-Maximilians-Universität München. In 1999 stichtte hij het Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig waar hij nog steeds actief is. Hij is ook adjunct-professor aan het Okinawa Instituut voor Wetenschap en Technologie in Japan. 

"Verrast maar zeer verdiend"

Geneticus Maarten Larmuseau van de KU Leuven zei in Nieuwe Feiten op Radio 1 dat hij verrast was dat zijn vakdomein beloond is met de Nobelprijs voor geneeskunde. Het is de tweede keer, zei hij, dat een bioloog onderscheiden wordt zonder dat zijn werk een directe medische relevantie heeft. 

Indirect is die er wel, zo toonde een studie van Pääbo onlangs nog aan dat een van neanderthalers geërfde genetische variant een erger verloop van corona kan veroorzaken, dus zo abnormaal is het misschien niet, zei hij. Maar verdiend is het zeker wel, Pääbo is immers de pionier die de paleogenetica in het leven heeft geroepen en door zijn nieuwe technologieën is het nu redelijk eenvoudig geworden om oude mensenresten te analyseren, wat Larmuseau ook doet in zijn laboratorium in Leuven met Merovingers, met oude middeleeuwse menselijke resten. 

Larmuseau merkte ook op dat het onderzoek van Pääbo ervoor gezorgd heeft dat we niet meer kunnen spreken over de moderne mens en de neanderthalers als twee mensensoorten. Als we immers nakomelingen met hen kunnen krijgen, spreken we eigenlijk over twee groepen en niet over echt afgescheiden soorten, zo zei hij. 

Beluister hier het gesprek met geneticus Maarten Larmuseau over de kersverse Nobelprijswinnaar.

Het werk van Svante Pääbo laat ons toe te onderzoeken wat er uniek is aan de mens.
© The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

Waar komen we vandaan?

Waar we vandaan komen en wat ons uniek maakt, zijn vragen die de mensheid al bezig houden sinds de oudheid. 

Paleontologie en archeologie zijn belangrijk voor de studie van de menselijke evolutie. Onderzoek heeft bewijs geleverd dat de anatomisch moderne mens, Homo sapiens, voor het eerst in Afrika verscheen zo'n 300.000 jaar geleden, terwijl onze naaste bekende verwanten, de neanderthalers, zich buiten Afrika ontwikkelden en Europa en West-Azië bevolkten vanaf zo'n 400.000 jaar geleden tot 30.000 jaar geleden, toen ze uitstierven.

Zo'n 70.000 jaar geleden migreerden groepen Homo sapiens naar het Midden-Oosten en vandaar verspreidden ze zich over de rest van de wereld. Dat betekent dat Homo sapiens en neanderthalers in grote delen van Eurazië tienduizenden jaren lang naast elkaar bestaan hebben. Maar wat weten we over onze verhouding met de uitgestorven neanderthalers?

Genomische informatie zou daar uitsluitsel over kunnen geven. Tegen het einde van de jaren 90 was bijna het hele menselijke genoom gesequencet - uitgelezen. Dat was een aanzienlijke verwezenlijking die studies mogelijk maakte van de genetische verhoudingen tussen verschillende menselijke populaties. 

Om de verhouding tussen moderne mensen en de uitgestorven neanderthalers te bestuderen, was echter het sequencen van DNA uit erg oude specimens vereist. En dat leek een schier onmogelijke taak.    

Het onmogelijke verwezenlijken

Al vroeg in zijn carrière raakt Pääbo gefascineerd door de mogelijkheid moderne genetische methoden te gebruiken om het DNA van neanderthalers te bestuderen.

Hij werd zich echter al snel bewust van de technische uitdagingen die dat met zich mee zou brengen, aangezien DNA in de loop van de tijd chemische wijzigingen ondergaat en in korte fragmenten uit elkaar valt. Na duizenden jaren blijven er nog slechts minieme hoeveelheden DNA over en wat er overblijft is sterk gecontamineerd met DNA van bacteriën en hedendaagse mensen. 

Als postdoctoraal student aan de University of California, Berkeley, werkte Pääbo bij Allan Wilson, een pionier in het veld van de evolutionaire biologie, en hij begon er methoden te ontwikkelen om DNA van neanderthalers te kunnen bestuderen, een onderneming die tientallen jaren in beslag zou nemen.   

Oud DNA is te vinden in twee verschillende delen van de cel. In de celkern zit het kern-DNA dat het meeste van de genetische informatie bevat (3 miljard basenparen), terwijl het veel kleinere mitochondriaal genoom (16.500 basenparen) in duizenden kopieën aanwezig is. Na de dood degradeert het DNA in de loop van de tijd en uiteindelijk blijft er nog slechts een kleine hoeveelheid over. Het DNA raakt ook vervuild met DNA van bijvoorbeeld bacteriën en hedendaagse mensen die de specimens hanteren.
© The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

In 1990 werd Pääbo gerecruteerd door de Ludwig-Maximilians-Universität München, waar hij als pas aangesteld professor zijn werk rond archaïsch DNA voortzette. 

Hij besloot DNA te analyseren uit de mitochondriën van neanderthalers - organellen in de cellen die hun eigen DNA hebben, los van het DNA in de celkern. Het mitochondriaal genoom is klein en bevat slechts een fractie van de genetische informatie in de cel, maar het is aanwezig in duizenden kopieën, wat de kans op succes vergroot. 

Met zijn verfijnde technieken slaagde Pääbo erin een regio uit het mitochondriaal DNA te sequencen uit een 40.000 jaar oud stukje been. En zo hadden we voor het eerst toegang tot een sequentie van een uitgestorven verwant. Uit vergelijkingen met hedendaagse mensen en chimpansees bleek dat neanderthalers genetisch duidelijk verschillend zijn. 

Het genoom van de neanderthaler sequencen

Aangezien analyses van het kleine mitochondriale genoom slechts beperkte informatie opleverden, ging Pääbo nu de enorme uitdaging aan het genoom in de celkern bij de neanderthalers te sequencen. 

Rond deze tijd kreeg hij de kans om in Leipzig het Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie op te zetten en in het nieuwe instituut verbeterden Pääbo en zijn team gestaag de methoden om DNA uit oude beenderfragmenten te isoleren en te analyseren. Het onderzoeksteam maakte dankbaar gebruik van nieuw technische ontwikkelingen die het sequencen van DNA erg efficiënt maakten en Pääbo nam ook verschillende cruciale medewerkers aan met expertise in populatiegenetica en geavanceerde sequentie-analyse. 

Zijn inspanningen waren succesvol: hij verwezenlijkte wat onmogelijk leek en publiceerde in 2010 de eerste genoomsequentie van neanderthalers. 

Vergelijkende analyses toonden aan dat de meest recente gemeenschappelijke voorouders van neanderthalers en Homo sapiens zo'n 800.000 jaar geleden leefde.

Pääbo en zijn medewerkers konden nu de verhouding tussen neanderthalers en moderne mensen uit verschillende delen van de wereld onderzoeken. Vergelijkende analyses toonden aan dat de DNA-sequenties van neanderthalers meer leken op sequenties van hedendaagse mensen uit Europa of Azië dan op die van hedendaagse mensen uit Afrika. 

Dat betekent dat neanderthalers en Homo sapiens zich met elkaar vermengd hebben in de duizenden jaren dat ze tegelijkertijd in Eurazië geleefd hebben. Bij hedendaagse mensen met een Europese of Aziatische achtergrond is zo'n 1 tot 4 procent van het genoom afkomstig van de neanderthalers.    

A) Pääbo onttrok DNA uit beenderspecimens van uitgestorven mensachtigen. Eerst verkreeg hij een beenderfragment uit het Neandertal in Duitsland, de site die haar naam gaf aan de neanderthalers. Later gebruikte hij een vingerkootje uit de Denisova-grot in het zuiden van Siberië, de site die de denisovamensen hun naam gaf (daarover later meer). B) Een fylogenetische boom die de evolutie van en de verhouding tussen Homo sapiens en de uitgestorven mensensoorten illustreert. De boom geeft ook de overdracht van genen weer die Pääbo ontdekt heeft.
© The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

Een sensationele ontdekking: de denisovamensen

In 2008 werd een 40.000 jaar oud fragment van een vingerkootje ontdekt in de Denisova-grot in Zuid-Siberië. Het been bevatte uitzonderlijk goed bewaard DNA dat gesequencet werd door het team van Pääbo. 

De resultaten veroorzaakten opschudding: de DNA-sequentie bleek uniek in vergelijking met alle bekende sequenties van neanderthalers en hedendaagse mensen. Pääbo had een tot dan toe onbekende mensensoort ontdekt die de naam denisovamens kreeg. 

Vergelijkingen met sequenties van hedendaagse mensen uit verschillende delen van de wereld toonden aan dat er ook overdracht van genen had plaatsgevonden tussen denisova's en Homo sapiens. Dat werd voor het eerst gezien bij populaties in Melanesië (de eilandengroep ten noordoosten van Australië en Nieuw-Zeeland waartoe onder meer Nieuw-Guinea en Fiji behoren) en in andere delen van Zuidoost-Azië, waar mensen tot 6 procent denisova-DNA kunnen hebben. 

De ontdekkingen van Pääbo hebben een nieuw begrip van onze evolutionaire geschiedenis opgeleverd. In de tijd dat Homo sapiens uit Afrika migreerde, leefden er minstens twee inmiddels uitgestorven mensenpopulaties in Eurazië. Neanderthalers leefden in het westen van Eurazië terwijl de denisova's het oostelijk deel van het continent bevolkten. Tijdens de expansie van Homo sapiens buiten Afrika en hun migratie naar het oosten, ontmoetten de moderne mensen niet enkel de neanderthalers, met wie ze zich vermengden, maar ook de denisovamensen, met wie hetzelfde gebeurde.

Een fragment van een vingerbeentje uit de Denisova-grot bleek zeer goed bewaard DNA te bevatten van een nieuwe mensensoort.
© The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

Paleogenomica en haar relevantie

Met zijn baanbrekende onderzoek vestigde Svante Pääbo een volledig nieuwe wetenschappelijke discipline, de paleogenomica. 

Na de eerste ontdekkingen heeft zijn groep de analyses voltooid van verschillende bijkomende genoomsequenties van uitgestorven mensachtigen. Pääbo's ontdekkingen hebben een uniek hulpmiddel in het leven geroepen, dat uitgebreid gebruikt wordt door de wetenschappelijke gemeenschap om de menselijke evolutie en migratie beter te begrijpen. 

Nieuwe krachtige methoden voor de analyse van sequenties wijzen erop dat archaïsche mensachtigen zich ook vermengd hebben met Homo sapiens in Afrika. Er zijn echter tot nu toe nog geen genomen van uitgestorven mensachtigen in Afrika gesequencet omdat oud DNA versneld degradeert in een tropische klimaat.

Dankzij de ontdekkingen van Svante Pääbo weten we nu dat archaische genensequenties van onze uitgestorven verwanten de fysiologie van hedendaagse mensen beïnvloeden. Eén voorbeeld daarvan is de denisova-versie van het gen EPAS1, die een voordeel biedt voor het overleven op grote hoogte en die algemeen is bij de huidige Tibetanen. Andere voorbeelden zijn neanderthaler-genen die de reactie van ons immuunsysteem op verschillende soorten infecties beïnvloeden.   

De ontdekkingen van Pääbo hebben belangrijke informatie opgeleverd over hoe de wereld bevolkt was toen Homo sapiens uit Afrika migreerde en zich verspreidde over de rest van de wereld. Neanderthalers leefden in het westen en denisova's in het oosten van het Euraziatisch continent. Tijdens de verspreiding van Homo sapiens over het continent vond er vermenging plaats, wat in ons DNA sporen heeft nagelaten.
© The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

Wat is er uniek aan ons dat ons menselijk maakt?

Homo sapiens wordt gekenmerkt door zijn unieke vermogen om complexe culturen te creëren, geavanceerde innovaties en figuratieve kunst, net als door zijn vermogen om open water over te steken en zich te verspreiden naar alle delen van onze planeet. 

Neanderthalers leefden eveneens in groepen en hadden eveneens grote hersenen. Ze gebruikten ook werktuigen, maar die veranderden erg weinig gedurende honderdduizenden jaren. 

De genetische verschillen tussen Homo sapiens en onze naaste uitgestorven verwanten waren onbekend tot ze geïdentificeerd werden door het originele werk van Pääbo. Momenteel is er intens onderzoek gaande dat zich toespitst op het analyseren van de functionele gevolgen van die verschillen, met als uiteindelijk doel te verklaren wat er uniek aan ons is dat ons menselijk maakt. Dat is ook een van de belangrijke onderzoeksthema's waarmee Svante Pääbo zich momenteel bezig houdt. 

Bron: Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022.

Een interview met Svante Pääbo nadat hij te horen had gekregen dat hij de Nobelprijs gekregen had: "Ik dacht dat het telefoontje uit Zweden met ons zomerhuisje daar te maken had". (Audio/Engels)

Videospeler inladen...

Nobelprijzen

Het is Nobelprijsweek. Deze week wordt elke dag een winnaar wereldkundig gemaakt in een van de volgende thema’s: geneeskunde (vandaag), natuurkunde (morgen), scheikunde (woensdag), literatuur (donderdag), vrede (vrijdag) en economie (volgende week maandag). De eigenlijke uitreiking is pas op 10 december: de sterfdag van de Zweedse industrieel Alfred Nobel naar wie de prijzen genoemd zijn en die overigens ook het dynamiet heeft uitgevonden.

De prestigieuze prijzen worden sinds 1901 uitgereikt en waren een initiatief van Nobel. Hij liet in zijn testament opnemen dat na zijn overlijden er in vijf categorieën prijzen moesten worden uitgedeeld aan degene die "in het afgelopen jaar de mensheid het grootste nut hebben geleverd voor de mensheid". Sinds de jaren 60 geeft de Zweedse nationale bank ook een economische prijs die vernoemd is naar Nobel.

Met de prijs is naast veel prestige, een diploma en een medaille ook een geldbedrag gemoeid. De winnaar(s) van elke categorie krijgt dit jaar een bedrag van 10 miljoen Zweedse kroon, zowat 918.000 euro. Het geld is voor alle duidelijkheid bedoeld voor vervolgonderzoek.

Bekijk - In deze archiefvideo leggen we in 1 minuut uit wat de Nobelprijzen zijn:

Videospeler inladen...