Z pamiętnika Fulbrightera (3)
Projekt, który wykonuję w ramach stypendium Fulbrighta na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz (UCSC) dotyczy zróżnicowania genetycznego lemingów norweskich Lemmus lemmus w plejstocenie. Lemingi te preferują chłodne środowiska i współczesne zmiany klimatu stanowią dla nich poważne zagrożenie. Kiedyś żyły na obszarze całej Europy, ale ocieplenie w holocenie, które zaczęło się około 11 tysięcy lat temu spowodowało ich masowe wymieranie. Dziś L. lemmus żyje tylko w Norwegii i na północy Skandynawii.
Chcę sprawdzić jak bardzo różnorodne były populacje leminga norweskiego 10, 20, 30 tysięcy lat temu, żeby pokazać, że wraz z ociepleniem pula genetyczna tego gatunku malała i stawała się coraz biedniejsza, coraz słabsza. Zakładam, że zidentyfikuję linie genetyczne, które kiedyś zamieszkiwały Europę, a dziś już wymarły bezpowrotnie.
Do tej pory badałam gatunki, które w trakcie ostatniego zlodowacenia walczyły o przetrwanie w tzw. refugiach glacjalnych (miejscach, gdzie było w miarę ciepło i bezpiecznie). Dziś pracuję z gatunkiem, który w okresach przeraźliwego zimna miał swój czas, a współcześnie ukrywa się w refugium interglacjalnym, wypatrując lepszych, chłodniejszych czasów. Niestety, chyba nie ma na to ochłodzenie szans!
Takie badania pozwolą na określenie jak różne gatunki reagowały na zmiany klimatu w przeszłości, a ta wiedza może zostać wykorzystana do stworzenia prognoz, jak gatunki współczesne zareagują na to, co się obecnie dzieje z klimatem. Będzie można przewidzieć, które gatunki za chwilę będą zagrożone wymarciem i może umożliwi to opracowanie sposobów na ocalenie tych populacji.
Niewątpliwie i my, ludzie, boleśnie odczujemy skutki globalnych zmian klimatu. Wciąż tylko jednak żyjemy w dziwnej bańce zaprzeczenia sądząc, że jak się odwrócimy do czegoś plecami, to nas to nie dotyczy.
Praca w laboratorium
W laboratorium antycznego DNA (aDNA), nazywanym „czystym” laboratorium, pracuje się zupełnie inaczej i trzeba się do niego dobrze przygotować. Antyczny DNA jest bardzo pofragmentowany i jest go nadzwyczaj mało, nie można zatem dopuścić do kontaminacji, a już na pewno nie do kontaminacji ludzkim DNA! Dlatego rano obowiązkowo prysznic, potem trzeba związać włosy, ubrać się wygodnie. W drodze do laboratorium lepiej unikać ludzi, a już na pewno tych, którzy pracują z współczesnym DNA, zatem absolutnie nie wolno przechodzić w pobliżu budynków, w których się te laboratoria znajdują.
Do laboratorium aDNA niczego nie można wnosić, wszystkie rzeczy osobiste zostają w pokoju nr 1, w którym nakładana jest pierwsza para rękawiczek. Czyli żadnych notatek, telefonów, nawet moje okulary nazwano „złem koniecznym”. Dopiero po umyciu pierwszej pary rękawiczek wybielaczem, można przejść do pomieszczenia nr 2, znajdującego się za szczelnymi drzwiami. Jeśli trzeba wnieść próby, również należy wszystko wyczyścić wybielaczem (moje próby były w kopercie, dlatego wyszorowałam kopertę z każdej strony). Próby zostają w laboratorium po kres swoich dni (chociaż akurat moje lemingi i tak są martwe od wielu tysięcy lat).
W pomieszczeniu nr 2 czekają kombinezony, czepki, maseczki chirurgiczne, przyłbice, buty. Niełatwo jest się w to wszystko ubrać! Przygotowania wieńczy nałożenie drugiej pary rękawiczek (na pierwsze, a rękaw kombinezonu szczelnie do środka) i (a jakże!) potraktowanie ich wybielaczem. Warto zauważyć, że wybielacz przesiąka po jakimś czasie przez rękawiczki, zatem jeśli ktoś zapomni zdjąć na przykład pierścionek, to reakcja chemiczna go po prostu zniszczy. Biżuteria zostaje w domu!
Dopiero teraz przechodzi się do samego laboratorium, w którym od razu należy przygotować stanowisko pracy – czyścimy wybielaczem wszystko: blaty, długopisy, nożyczki, przedmioty, których będziemy używać. W trakcie pracy tak samo – co chwilę używamy wybielacza. Jeden ruch, czegoś dotknęłam – w ruch idzie wybielacz, dotykam czegoś innego – kolejna porcja wybielacza. Po całym dniu pracy jesteśmy przesiąknięci zapachem wybielacza, a i przy okazji każdy się go nawdychał. Praca w takim laboratorium jest tylko dla twardzieli!
Probówki, bufory, roztwory – wszystko trafia na 30 minut pod silną lampę UV. Jeśli bardzo zależy mi, aby coś „wyszło” z laboratorium, jest tam komputer i mogę wysłać na przykład maila. Przywiezione przeze mnie próby lemingów (po sfotografowaniu i wprowadzeniu ich danych do bazy) trafiły do szufladki w zamrażarce, gdzie czekają na swoją kolej.
„Przeklęty” człowiek lodu
Wśród wielu szufladek w laboratorium zauważyłam jedną, która mnie bardzo zaintrygowała. Była podpisana jako „Iceman, CURSED!”, co oznaczało „Człowiek lodu, PRZEKLĘTY!”. Oczywiście od razu chciałam poznać szczegóły.
W tej szufladce trzymana jest próbka pobrana z wydobytych z alpejskiego lodowca w Południowym Tyrolu szczątków człowieka, który zmarł około 3,3 tysięcy lat temu. Nazwano go Ötzi. Znalazło go dwoje turystów na wysokości 3210 m n. p. m. Początkowo sądzono, że to zwłoki jakiegoś nieszczęsnego turysty, szybko się jednak okazało jak ważne odkrycie naukowcy mieli przed sobą. Ötzi mierzył 157 cm i ważył około 50 kg, w momencie śmierci miał około 40-50 lat. Na jego ciele zidentyfikowano 61 tatuaży, dokuczały mu zmiany zwyrodnieniowe stawów i borelioza, a ostatnie co zjadł to owoce, chleb i mięso jelenia i kozicy. Postrzelono go strzałą i od tej rany najprawdopodobniej zmarł. Analizy genetyczne sugerują, że miał brązowe oczy, grupę krwi 0 i nietolerancję laktozy.
Dziś mumia znajduje się w muzeum we Włoszech, ale znalezienie jej na terenie przygranicznym wywołało sporo zamieszania i sporów między Austrią i Włochami. Z władzami Południowego Tyrolu sądził się też znalazca mumii (po tym, jak muzeum nie chciało go za darmo wpuścić na wystawę z „człowiekiem lodu”). Proces wygrał, ale niedługo potem zginął podczas wspinaczki w pobliżu miejsca znalezienia mumii. Podobno każdy, kto miał kontakt z Ötzi’m, doświadczał czegoś złego, niektórzy nawet zmarli śmiercią tragiczną. Dlatego uważa się, że może to być klątwa, kara za naruszenie spokoju spoczywających pod lodem szczątków. W laboratorium aDNA wszyscy omijają szufladę z próbą „człowieka lodu”, nawet Beth Spahiro jej nie dotyka. Kto wie co w niej jest? W końcu wiele słyszało się o klątwach faraonów. Też jej nie dotykam.
Młot Thora
Aby wyizolować aDNA z kości, należy najpierw te kości sproszkować. Pierwszym etapem jest rozbicie kości na mniejsze kawałki. Ja pracuję z pojedynczymi zębami lub całymi żuchwami lemingów, które są naprawdę bardzo małe (kilka-kilkanaście milimetrów) i je także najpierw trzeba trochę porozbijać. Robię to specjalnym młotkiem, który w labie aDNA UCSC nazywa się… Mjølner! Tak, tak nazywa się młot Thora, nordyckiego boga wojny i piorunów! Pokruszone kości „wrzucam” do homogenizatora, gdzie zostaną sproszkowane przez metalowe kulki. Proszkowanie kości wymaga skupienia, ale znacznie dłużej trwa szorowanie (wybielaczem i małą szczoteczką do buteleczek) użytych do tego metalowych cylinderków i kulek.
Do izolacji używam maksymalnie 120 mg takiego proszku, nie zawsze udaje się tyle uzyskać, szczególnie, gdy ma się tylko jeden ząb małego gryzonia sprzed 30 tysięcy lat! Każda kość czy próbka jest inna i nigdy nie wiadomo, ile materiału się ostatecznie będzie miało do dalszych etapów. Proces izolacji aDNA z kości przebiega inaczej niż izolacja DNA z prób współczesnych z tkanek. Dużo przygotowań, dużo czekania, a oczyszczanie antycznego DNA wymaga skupienia i… zdolności manualnych na miarę McGyvera!
Pojemność zwykłych kolumienek (złóż do oczyszczania) jest zbyt mała, zatem należy zbudować własne z elementów dostępnych w laboratorium. Ważne jest, żeby dobrze umocować wszystkie części, aby konstrukcja nie rozpadła się w trakcie wirowania. Izolacja aDNA jest etapem najważniejszym, bo od jego wydajności zależy powodzenie kolejnych: tworzenie bibliotek DNA i sekwencjonowanie.
Szczepienne przywileje
W Paleogenomics Laboratory UCSC pracuje się w świetnej atmosferze! Beth Shapiro wymaga regularnych raportów z postępów prac, zawsze chętnie służy radą i docenia dobrze wykonaną robotę. Nie żałuje też pochwał, co jest bardzo motywujące i naprawdę chce się pracować!
Pracownicy naukowi UCSC należą do drugiej grupy szczepień przeciwko covid-19, zaraz za pracownikami medycznymi. W USA ruchy antyszczepionkowe mają się dobrze, ale jeśli się do nich należy, nie ma się dostępu do wielu przywilejów. Chcesz pracować w laboratorium i przebywać na terenie kampusu, gdzie masz kontakt z innymi pracownikami? Musisz się zaszczepić. W końcu hasłem UCSC na czas pandemii było: Slug strong! Żółty pomrów dalej spełniał swoją funkcję, dopingując całą społeczność akademicką.
Joanna Stojak
Dr Joanna Stojak jest stypendystką Fulbright Senior Award 2020/2021 na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz.