Genografická analýza

Odměnou účastníkům projektu je tzv. genografická analýza, kterou provádí pro další výzkumné účely partnerská instituce Genomac. Na základě této analýzy bude možno odhadnout Váš dávný genetický původ - tedy odkud pochází Váš předek starý desetitisíce let. Výsledky zjistíte po zadání přiděleného kódu na této stránce, kde budou dostupné nejdříve 3 měsíce poté, co Vám byl proveden odběr (jedná se o minimální odhad délky trvání analýzy). To, zda se budete chtít výsledky genografické analýzy dozvědět, záleží zcela na Vašem rozhodnutí. 

Zúčastnil(A) jsem se projektu a chci znát odhad svého dávného původu

Co se v rámci projektu o svém původu dozvíte?

Jste-li muž, bude Vám provedena analýza mužského pohlavního chromozomu Y, který se dědí výhradně po linii otce, jeho otce, jeho otce, …, až pradávného praotce, skrze desítky generací v téměř nezměněné podobě. Nese tak informaci o historii otcovské linie. Analýzu lze tedy provádět pouze z mužských vzorků. Pokud jste žena a chcete znát analýzu otcovské linie rodu, ze kterého pocházíte, lze přemluvit dědu, tatínka nebo brášku, aby si tuto analýzu nechali udělat. Jen pozor při výběru příbuzného, u kterého analýzu necháte provést: Pokud byste přemluvili syna, zjistíte původ linie jeho otce, tzn. původ linie Vašeho partnera/manžela, nikoli Váš. 

Jste-li žena, bude Vám provedena analýza tzv. mitochondriální DNA, která se dědí výhradně po linii matky, její matky, její matky, …, až dávné pramáti celé linie. I tato DNA informace zůstává téměř nezměněna po desítky generací. Tato analýza lze provést u ženských i mužských vzorků, v rámci projektu A-C-G-T je prováděna ale pouze ženám. 

Co jsou vůbec mitochondrie, co je chromozom Y a proč se obojí dědí tak, jak se dědí?

Mitochondrie  jsou malé ohraničené součásti buněk, které obsahují tzv. mitochondriální DNA. Mitochondrie zařizují životně důležité chody v buňce a někdy se jim také říká „elektrárna buňky“ (anglicky „the powerhouse of the cell“), protože v nich probíhají hlavní metabolické procesy a přeměna energie. Dědí se pouze po mateřské linii od matky skrze vajíčko. Otcovy mitochondrie jsou spotřebovány jako energie pro spermii, aby byla schopna dostat se k vajíčku. Přebytečné otcovské mitochondrie jsou po oplodnění zničeny organismem matky. Proto z mitochondriální DNA není možno určit původ otcovské linie, ale pouze mateřské linie, a to i u muže, protože i ten vzešel z vajíčka své matky.

Informaci o otcovské linii ale máme díky pohlavnímu chromozomu Y, který je předáván z otců na syny – muži mají vždy kombinaci chromozomů XY a chromozom Y vždy pochází z otcovy spermie. Žena má naopak sestavu pohlavních chromozomů XX. Informaci o otcovské linii se přímo z její DNA tudíž nedozvíme. Zároveň to také znamená, že ženě žádný chromozom Y předán nebyl a že její potomek (ani muž) se ze vzorku své krve nedozví původ dědečka z matčiny strany. Pokud by se tato žena rozhodla znát původ své otcovské linie, musela by k odběru poslat přímo někoho ze svých předků (otce, dědečka, pradědečka) nebo někoho z pokračovatelů mužského rodu (bratra, bratrance od pokrevního strýce…). 

Zdroj obrázkového schémátka: https://www.genome.gov/genetics-glossary/Mitochondrial-DNA

A jak je tedy možné, že jsme schopni odhadnout Váš původ právě z těchto molekul? V molekulách DNA běžně dochází k tomu, že se různě proměňují, vznikají v nich varianty, často neškodlivé (díky nim jsme každý jiný), pouze výjimečně způsobují nemoci. Právě mitochondriální DNA a chromozom Y jsou ale speciální svou konzervovaností – v čase se mění jen velmi málo, a proto mohou poskytnout řadu cenných informací o předcích. Právě těch pár změn, co se v této DNA děje, nám dává možnost stopovat cesty dávných předků – jejich migraci, to, z jakých populací se „odštěpily“, případně kdy se „odštěpily“. Mluvíme ale o řádech deseti tisíců let, to znamená, že i když s kamarádkou sdílíte podobný či stejný původ, Vaši nedávní předci budou velmi pravděpodobně stále velmi vzdálení (co se příbuznosti týče). 

Jak se odštěpují různé haploskupiny od společného předka?

Jakmile varianta v DNA pohlavních buněk vznikne, nadále tam i zůstane (je tzv. fixována) a předává se s každou další generací na potomky. Nakonec to vede k tomu, že všichni další potomci o několik tisíc let později ponesou stejnou variantu v DNA. V průběhu takto dlouhého času se samozřejmě nashromáždí i další varianty, ale ty dávnější tam stále přetrvávají. Chromozom Y a mitochondriální DNA tedy obsahují záznam všech záměn v sekvenci DNA, které se kdy odehrály v mužské (Y), respektive ženské (mitochondriální) linii.

Díky těmto změnám je pak možné vytvořit genetické stromy (tzv. haplostromy), v podstatě jakési souhrnné rodokmeny celého lidského druhu. Každá větev tohoto stromu se nazývá haploskupina. A právě haploskupina je zjišťována u každého účastníka.

Strom Y haploskupin (jinak také Y-haplostrom, k nahlédnutí např. zde) lze vystopovat až k jedinému muži, který je společným předkem všech dnes žijících lidí. Je znám jako Y-chromozomální Adam. Neznáme jeho přesné datum narození, ale odhaduje se, že žil před 142 tisíci lety a pravděpodobně se narodil v Africe. Y-Adam nebyl první muž, který kdy žil, ani jediný muž naživu v té době. Je to zkrátka jediný muž, jehož rodová linie se zachovala v chromozomech Y současné populace. Haploskupiny chromozomu Y se označují písmeny a k dnešnímu dni jsou popisovány v rozsahu od A do T. Navíc se větví i do podskupin popsaných dalšími čísly a písmeny, které tak označují menší “rodinku” Adamových potomků, vždy se specifickou variantou v DNA. Haploskupiny často pocházejí z konkrétních zeměpisných oblastí a některé jsou dnes stále omezeny na určité regiony (např. haploskupina C4 se vyskytuje pouze u domorodých Australanů, haploskupina Q1a3a je téměř výlučně spojena pouze s indiánskými populacemi). Z Y-haplostromů například víme, že Y-haploskupina F je rodičovská linie všech hlavních evropských Y-haploskupin a je definována záměnou v DNA, která se označuje jako “M89” a dnes ji najdeme u více než 90 % neafrických mužů.

Pramáti všech mitochondrií se nazývá příznačně mitochondriální Eva. Také žila v Africe, ale o několik tisíc let dříve než Y-Adam, cca před 180 až 200 tisíci lety. Stejně jako v případě Y-Adama se nejedná o první ženu, ani jedinou žijící ženu v té době, ale pouze o ženu, jejíž mitochondriální DNA je dodnes zachována prostřednictvím neustálého předávání mitochondrií napříč generacemi, a to Evinými dcerami, vnučkami, pravnučkami atd. Haplostrom mitochondriální DNA (mt-haplostrom, k nahlédnutí např. zde) je rozdělen do 26 hlavních větví, které se značí písmeny od A do Z. Podobně jako Y-haplostrom se vyznačuje nepřeberným množstvím podskupin. Mitochondriální haploskupiny byly pojmenovány dle pořadí jejich objevu. První mitochondriální skupiny byly objeveny u domorodých Američanů (A, B, C a D). Historicky nejstarší (nikoli první objevená) mt-haploskupina je však haploskupina L a vyskytuje se, stejně jako mitochondriální pramáti Eva, převážně v Africe. V roce 2001 profesor Bryan Sykes z Oxfordské univerzity publikoval populárně naučnou knihu “Sedm dcer Eviných”, ve které zmiňuje, že 95 % Evropanů pochází z jednoho ze sedmi mitochondriálních klanů. “Matkám” těchto klanů byla dána křestní jména, aby bylo poukázáno na to, že se jednalo o kdysi žijící ženy. Od té doby bylo samozřejmě objeveno mnohem víc “dcer”, jimž jméno chybí. Značení původních sedmi dcer Eviných se však dochovalo:

Při pohledu na genetickou rozmanitost v každé haploskupině mohou populační genetici dále odhadnout stáří haploskupiny a datovat tak dobu, kdy žil tzv. poslední společný předek. Datum je ale pouze přibližné a předek haploskupiny reálně mohl žít mnoho tisíc let dříve či později. Výpočty jsou totiž často založeny na teoretických předpokladech, které v dnešní době nemáme jak ověřit (např. délka tehdejších generací, rychlost vzniku mutací aj.). V ideálním případě by mělo být stáří haploskupiny odhadováno dle kosterních pozůstatků z dané doby. DNA však v průběhu času degraduje a zřídkakdy přežívá v dostatečném množství pro analýzu - snad jen tehdy, je-li vzorek uchován v obzvláště příznivém prostředí, např. v jeskyni nebo pod vrstvou ledu či sněhu. S pokročilejšími technologiemi pro analýzu DNA jsou ale získávány čím dál přesnější výsledky. Informace z DNA se navíc propojují s poznatky z jiných oborů, např. archeologie, lingvistiky, klimatologie a geologie, takže odhadovaná data lze vztahovat i ke známým událostem.

Je nutné podotknout, že genetika je živá věda, v níž stále získáváme nové poznatky. S tím souvisí také to, že názvosloví některých haploskupin prošlo několika změnami, umístění v haplostromu taktéž a rovněž se neustále mění (zpřesňuje) přibližný odhad vzniku haploskupiny, což vede často k protichůdným informacím v různých odborných zdrojích. Teorie o původu a rozšíření haploskupin jsou stále otevřeny debatě a pro úplně pochopení je potřeba důkladněji otestovat mnohem více vzorků z celého světa. Z toho důvodu vzniká po celém světě řada projektů, které studují populace z pohledu genografie (např. The Genographic Project) a ani náš projekt A-C-G-T není výjimkou. 

Jaké skupiny jsou v České republice nejčastější

Česká republika se nachází na tradičním průsečíku západní a východní Evropy se souběžnými historickými vlivy ze severních i jižních evropských populací. V minulosti byly provedeny výzkumy zaměřené na vyšetření genetické struktury české populace s využitím analýzy chromozomu Y a mitochondriální DNA.

Současná databáze, kterou disponuje výzkumný ústav Genomac a která čítá více než 3000 unikátních (nepříbuzných) genetických profilů získaných od více než 5000 testovaných mužů, tak dává dobrou možnost odhadu etnografické struktury obyvatelstva. Na základě studia diverzity, která byla provedena ve spolupráci s odborníky z Ústavu soudní medicíny, Charité Univerzity v Berlíně, byla zjištěna genetická rozmanitost, která v Evropském regionu nemá obdobu.

Na rozdíl od zemí ležících západním i východním směrem, zde totiž neexistuje jednoznačně identifikovatelná dominantní genetická skupina. Relativně nejčastější je Y-chromozomální východoevropská („slovanská“) haploskupina R1a s výskytem zhruba 37 % v mužské populaci, zatímco další haploskupinu R1b, označovanou též jako západoevropskou („románskou“), vykazuje dalších téměř 26 % českých mužů. Tyto dvě hlavní haploskupiny jsou dále následovány „jihoslovanskou“ skupinou I2A (8 %) vyskytující se v balkánských zemích, „skandinávskou“ skupinou I1 (7 %) a „středomořskou“ skupinou E1B1B (6 %). Databáze dále obsahuje dalších 12 haploskupin, které se však vyskytují u méně než 5 % nositelů. Uvedené rozložení zcela odráží dějiny českých zemí jako místa, kde po staletí žije vedle sebe dominantní skupiny germánsky a slovansky mluvícího obyvatelstva s menšinovými příspěvky "nordických" a "středomořských" původů, zřejmě jako pozůstatků historických válečných výpadů těchto kultur. Výsledky analýzy genetické rozmanitosti maternálních linií vykazují obdobné trendy vnitřní heterogenity a distribuce mezi hlavní identifikované mitochondriální haploskupiny (H – 43 %, U – 18 %, T – 12 %, J – 9 % a K – 6 %).

Proč se tato analýza v projektu Analýza českých genomů pro teranostiku (A-C-G-T) provádí?

Nástin etnografické struktury má v našem projektu zcela zásadní význam pro plánované vzorkování, které má za cíl co nejpřesněji postihnout genetický podklad české populace s maximálním využitím omezeného počtu vyšetřovaných osob. Nejdříve bude účastníkům analyzován chromozom Y a mitochondriální DNA. K sekvenaci celého genomu (veškeré DNA jedince) budou následně vybráni pouze ti jedinci, u kterých byly stanoveny hlavní (nejčastější) typy Y-chromozomálních a mitochondriálních haploskupin, a to tak, aby odpovídaly dosud pozorovaným frekvencím haplotypů v populaci.

Zdroje

• Kennett D, Pomery C. DNA and Social Networking: A Guide to Genealogy in the Twenty-First Century. Stroud: The History Press Ltd; 2011.
  

• Maciamo. Eupedia. Eupedia n.d. https://www.eupedia.com/ (accessed September 16, 2020).
  
• Sykes B. The Seven Daughters Of Eve. London: Corgi; 2004.
  
• Výsledky společnosti Genomac.