Attraverso l’analisi del più grande set di dati al mondo su 5.000 genomi umani antichi provenienti dall’Europa e dall’Asia occidentale (Eurasia), nuove ricerche hanno scoperto i patrimoni genetici umani preistorici dell’Eurasia occidentale con un dettaglio senza precedenti.
I risultati sono presentati in quattro articoli pubblicati sullo stesso numero di Nature da un team internazionale di ricercatori guidato da esperti dell’Università di Copenhagen e con contributi di circa 175 ricercatori provenienti da università e musei nel Regno Unito, negli Stati Uniti, in Germania, Australia, Svezia, Danimarca, Norvegia, Francia, Polonia, Svizzera, Armenia, Ucraina, Russia, Kazakistan e Italia. I numerosi ricercatori rappresentano una vasta gamma di discipline scientifiche, tra cui archeologia, biologia evolutiva, medicina, ricerca sul DNA antico, ricerca sulle malattie infettive ed epidemiologia.
Le scoperte di ricerca presentate negli articoli di Nature si basano su analisi di un sottoinsieme dei 5.000 genomi e includono:
– Le vaste implicazioni genetiche di una barriera culturalmente determinata, che fino a circa 4.000 anni fa si estendeva attraverso l’Europa dal Mar Nero a sud fino al Mar Baltico a nord.
– La mappatura di come i geni di rischio per diverse malattie, tra cui il diabete di tipo 2 e la malattia di Alzheimer, si siano diffusi in Eurasia a seguito di grandi eventi migratori oltre 5.000 anni fa.
– Nuove prove scientifiche di antiche migrazioni che spiegano perché la prevalenza della sclerosi multipla è il doppio in Scandinavia rispetto all’Europa meridionale.
– La mappatura di due quasi complete sostituzioni di popolazione in Danimarca, in un solo millennio.
Il progetto dei 5.000 genomi umani antichi
Il set di dati senza precedenti di 5.000 genomi umani antichi è stato ricostruito mediante l’analisi di ossa e denti resi disponibili attraverso una partnership scientifica con musei e università in tutta Europa e Asia occidentale. Lo sforzo di sequenziamento è stato realizzato utilizzando la potenza della tecnologia Illumina.
L’età dei campioni varia dal Mesolitico e Neolitico attraverso l’Età del Bronzo, l’Età del Ferro e il periodo vichingo fino al Medioevo. Il genoma più antico nel set di dati è di un individuo vissuto circa 34.000 anni fa.
“L’obiettivo originale del progetto sui genomi umani antichi era ricostruire 1.000 genomi umani antichi dall’Eurasia come strumento di precisione per la ricerca sui disturbi cerebrali”, affermano i tre professori dell’Università di Copenhagen, che nel 2018 hanno ideato il concetto del set di dati sul DNA e delineato il progetto:
Eske Willerslev, esperto nell’analisi del DNA antico, congiuntamente all’Università di Cambridge e direttore del progetto; Thomas Werge, esperto nei fattori genetici alla base dei disturbi mentali e capo dell’Istituto di Psichiatria Biologica che serve i servizi di salute mentale nella regione della capitale danese; e Rasmus Nielsen, esperto in analisi statistiche e computazionali del DNA antico, congiuntamente all’Università della California, Berkeley, negli Stati Uniti.
L’obiettivo era produrre un set di dati genomici antichi unico per studiare le tracce e la storia evolutiva genetica dei disturbi cerebrali il più indietro possibile nel tempo per ottenere una nuova comprensione medica e biologica di questi disturbi. Questo doveva essere realizzato confrontando le informazioni dai profili di DNA antico con dati provenienti da diverse altre discipline scientifiche.
Tra i disturbi cerebrali che i tre professori avevano originariamente identificato come candidati per questa indagine c’erano condizioni neurologiche come il morbo di Parkinson, la malattia di Alzheimer e la sclerosi multipla, insieme a disturbi mentali come l’ADHD e la schizofrenia.
Nel 2018, i tre professori si sono rivolti alla Fondazione Lundbeck, una importante fondazione di ricerca danese, per finanziare la compilazione del set di dati speciali sul DNA. Sono stati assegnati loro un finanziamento per la ricerca di cinque anni per un totale di 60 milioni di corone danesi (circa 8 milioni di euro) per il progetto, che doveva essere coordinato all’Università di Copenhagen tramite un centro appena istituito, successivamente denominato Centro GeoGenetica della Fondazione Lundbeck.
“La motivazione per assegnare un così grande finanziamento per la ricerca a questo progetto, come ha fatto la Fondazione Lundbeck nel 2018, era che se tutto fosse andato bene, avrebbe rappresentato un mezzo all’avanguardia per ottenere una comprensione più profonda di come l’architettura genetica alla base dei disturbi cerebrali si sia evoluta nel tempo. E i disturbi cerebrali sono il nostro specifico ambito di interesse”, afferma Jan Egebjerg, Direttore della Ricerca, Fondazione Lundbeck. La Fondazione Lundbeck sostiene anche il consorzio iPYSCH, uno dei più grandi studi a livello globale sulle cause genetiche e ambientali dei disturbi mentali come l’autismo, l’ADHD, la schizofrenia, il disturbo bipolare e la depressione, dove l’obiettivo è anche rendere i profili di rischio genetico per questi disturbi il più precisi possibile.
I risultati riportati su Nature sono stati confermati confrontando il set di dati genomici antichi con dati genetici de-identificati dal grande consorzio danese iPYSCH e profili di DNA di 400.000 individui odierni registrati nella UK Biobank.
Molte sfide
La premessa per il progetto era sperimentale, racconta il professor Werge: “Volevamo raccogliere campioni umani antichi per vedere cosa potevamo ottenere da loro, come cercare di capire alcuni degli sfondi ambientali su come si sono evolute le malattie e i disturbi. A mio avviso, il fatto che il progetto abbia assunto proporzioni così vaste e complesse che Nature lo ha voluto descrivere in quattro articoli è abbastanza unico”.
Il professor Willerslev commenta che la compilazione del set di dati sul DNA ha posto grandi sfide logistiche: “Avevamo bisogno di accedere a campioni archeologici di denti e ossa umani che sapevamo essere sparsi in musei e altre istituzioni nella regione eurasiatica, e ciò richiedeva molti accordi di collaborazione. Ma una volta che erano in atto, le cose sono davvero decollate: il set di dati era in espansione e ora supera i 5.000 genomi umani antichi. La dimensione del set di dati ha notevolmente migliorato sia l’utilità che la precisione dei risultati”.
Il professor Nielsen era responsabile della pianificazione delle analisi statistiche e bioinformatiche delle informazioni ottenute dai denti e dalle ossa antiche nei laboratori. Il professor Nielsen dell’Università di Copenhagen si è trovato di fronte a una mole impressionante di dati genetici antichi, spesso fortemente degradati. “Non era mai stato analizzato un numero così elevato di genomi antichi. Abbiamo dovuto scoprire come gestire questi enormi volumi di dati. Il problema è che i dati grezzi sono molto difficili da lavorare perché si ottengono molte sequenze di DNA corte e con molti errori, che poi devono essere mappate correttamente nella posizione giusta nel genoma umano. Inoltre, c’è il problema della contaminazione da tutti i microorganismi presenti sui denti e sulle ossa antiche. Immaginate di avere un puzzle composto da milioni di pezzi mescolati con altri quattro set di puzzle incompleti, e poi di mettere tutto in lavastoviglie per un’ora. Rimettere insieme il tutto dopo non è un compito facile. Una delle chiavi del nostro successo alla fine è stata quella di collaborare con il Dr. Olivier Delanau dell’Università di Losanna, che ha sviluppato algoritmi per superare proprio questo problema”, afferma il professor Nielsen.
L’interesse internazionale per questo grande set di dati genetici umani antichi è cresciuto notevolmente dal 2022, come confermano i professori Werge, Willerslev e Nielsen: “Riceviamo costantemente richieste da ricercatori di tutto il mondo, in particolare da quelli che studiano le malattie, che richiedono l’accesso per esplorare il set di dati del DNA antico”.
I quattro articoli pubblicati su Nature dimostrano che il grande set di dati di 5.000 genomi funge da strumento di precisione in grado di fornire nuove intuizioni sulle malattie quando combinato con analisi del DNA umano attuale e contributi da diversi altri campi di ricerca. Questo è incredibilmente sorprendente, secondo il professor Willerslev: “Non c’è dubbio che un set di dati genomici antichi di questa dimensione avrà applicazioni in molti contesti diversi all’interno della ricerca sulle malattie. Man mano che vengono pubblicate nuove scoperte scientifiche derivate dal set di dati dei 5.000 genomi, verranno gradualmente resi disponibili più dati per tutti i ricercatori. In definitiva, l’intero set di dati sarà ad accesso aperto per tutti”.Scoperte archeogenetiche rivelano cambiamenti demografici nella Danimarca neolitica
Un team di ricercatori internazionali, guidato da Morten E. Allentoft e composto da esperti di diverse discipline, ha condotto uno studio approfondito sulle popolazioni antiche della Danimarca durante il periodo neolitico. Attraverso l’analisi di 100 genomi antichi, gli scienziati hanno scoperto che la regione ha subito ripetuti cambiamenti demografici, con diverse ondate migratorie che hanno portato nuove popolazioni e culture nel corso dei millenni.
Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature, ha utilizzato tecniche avanzate di sequenziamento del DNA per esaminare i resti umani risalenti a circa 6.000 anni fa. I risultati hanno mostrato che la Danimarca neolitica era un crocevia di culture e popoli, con una storia complessa di migrazioni e mescolanze genetiche.
I ricercatori hanno identificato almeno tre grandi cambiamenti demografici nel corso del neolitico danese. Il primo si è verificato intorno al 3900 a.C., quando una nuova popolazione proveniente dall’Anatolia, nell’attuale Turchia, ha introdotto l’agricoltura e la produzione di ceramica nella regione. Questo gruppo, noto come cultura della ceramica lineare, ha sostituito in gran parte le popolazioni di cacciatori-raccoglitori che abitavano la Danimarca fino a quel momento.
Il secondo cambiamento demografico è avvenuto intorno al 2800 a.C., con l’arrivo di popolazioni provenienti dalla steppa pontico-caspica, nell’Europa orientale. Queste popolazioni, note come cultura della ceramica cordata, hanno introdotto nuove pratiche agricole e sociali, nonché la metallurgia del rame e del bronzo.
Infine, intorno al 2400 a.C., un’ulteriore ondata migratoria ha portato la cultura del bicchiere campaniforme nella Danimarca neolitica. Questo gruppo è stato associato all’introduzione di nuove tecnologie, come l’uso del bronzo e l’equitazione, che hanno avuto un impatto significativo sullo sviluppo sociale ed economico della regione.
Gli autori dello studio sottolineano l’importanza di questi risultati per comprendere la storia dell’Europa preistorica e le dinamiche delle popolazioni antiche. La scoperta di questi cambiamenti demografici evidenzia come le migrazioni abbiano giocato un ruolo cruciale nella formazione delle società neolitiche e nella diffusione di innovazioni tecnologiche e culturali.
Inoltre, lo studio dimostra come l’archeogenetica possa fornire nuove prospettive sulla storia umana, integrando le informazioni ottenute da fonti archeologiche e storiche. L’analisi del DNA antico permette di ricostruire le relazioni genetiche tra le popolazioni del passato e di tracciare i movimenti migratori che hanno plasmato la diversità culturale e genetica dell’Europa.
In conclusione, la ricerca condotta da Allentoft e colleghi apre nuove strade per lo studio delle popolazioni antiche e offre spunti preziosi per comprendere le complesse dinamiche che hanno caratterizzato il neolitico danese. Questi risultati contribuiscono a una maggiore comprensione della storia europea e sottolineano l’importanza delle migrazioni nella formazione delle società umane.