DNA (Deoksiribo nükleik asit ), büyüme, gelişme ve hayatın devamı için gerekli genetik bilgileri taşıyan, çift sarmal yapıda bir moleküldür. Son yıllarda, ilerleyen moleküler teknikler sayesinde, antik insan ve hayvan kalıntılarından DNA elde etmek mümkün hale gelmiştir. Bu şekilde, antik kalıntılardan elde edilen DNA’ya antik DNA (aDNA) denilmektedir.
Yeni nesil dizileme teknolojilerinin gelişmesi ile birlikte, geçmişte yaşamış insan topluluklarından elde edilen aDNA’nın dizilenebilmesi mümkün hale gelmiştir. Bu sayede üretilen genomik dizi verileri kullanılarak geçmişte yaşamış insan ve başka canlı topluluklarının demografik ve biyolojik özelliklerine dair bilgi edinilebilmektedir.
Antik genom verilerini hesaplamalı biyoloji, popülasyon genetiği ve istatistiksel yöntemlerle analiz etmek ve tüm bu biyolojik bilgiyi arkeolojik ve antropolojik verilerle harmanlamak suretiyle geçmişte yaşamış insan topluluklarının göçlerini, birbirleri ile ilişkilerini, hastalık/sağlık durumlarını anlamak mümkündür. Bu sayede, biyoarkeolojik analizler güçlenmekte ve arkeolojik/antropolojik önermeler sınanabilmektedir.
popülasyon genetiği ve aDNA
Popülasyon genetiği bir canlı popülasyonuna ait bireyler arasında genetik farkları inceleyerek, popülasyonun geçmişini araştıran bilim dalıdır. Popülasyon genetiği araştırmalarında, tespit edilen genetik farkları ortaya çıkarmış olabilecek geçmiş demografik süreçler veya seçilim süreçleri tahmin edilir – bir popülasyonun daralması ya da pozitif doğal seçilim gibi.
Bu çalışmalarda matematiksel ve istatistiksel modeller, ayrıca bilgisayar benzetimleri yoğun olarak kullanılır.
Geçmişte bu çalışmalar tekil genlerdeki farkları kullanarak yapılırken, günümüzde canlının tüm DNA’sını (genomunu) dizileyip incelemek mümkündür. Bu tip çalışamalara popülasyon genombilimi de denir.
Popülasyon genetiği evrimsel biyoloji ve genetiğin kesişim alanıdır. Antik DNA araştırmaları da popülasyon genetiğinin bir alt dalıdır.
teknik zorluklar
Antik DNA (aDNA) araştırmalarının arkeolojiye katkı potansiyeli yüksektir, ancak bir dizi teknik zorluk da barındırır:
1) Modern insandan DNA karışmasını (kontaminasyonu) önlemek için temiz ve adanmış laboratuvarlar gereklidir.
2) Saflaştırılan DNA eser miktarda, parçalı, bakteriyel DNA’yla karışıktır. Çoğu örnekte, elde edilen DNA’nın en az %99’u ölüm sonrasında örneğe yerleşmiş bakterilere aittir.
3) İkinci nesil DNA dizileme teknolojilerinin (başta Illumina HiSeq) gelişmesi, aDNA’nın az ve parçalı olması sorununu aşmaya yardım etmiştir. Ancak bu tip analiz için uygun DNA kütüphanelerini hazırlamak uzmanlık gerektirmektedir. Ayrıca güvenilir aDNA analizi için çok yüksek miktarda aDNA dizilemek, yani ciddi mali kaynak gereklidir.
4) Üretilen terabayt ölçeğindeki DNA dizileme verisini idare edebilmek altyapı ve uzmanlık gerektirir.
örnek toplama ve kontaminasyon
Antik DNA analizi için en verimli örnekler, sert yapıdaki azı dişleri ve petrus kemiğidir. Çocuk ve bebek kemikleri, yanmış örnekler, kırılgan örnekler genel olarak aDNA analizi açısından verimsizdir.
Modern DNA kontaminasyonunu önlemek için, örnek toplanırken ve incelenirken eldiven ve maske takılması, örneklerin temiz şekilde depolanması, kesinlikle yıkanmaması önemlidir.
Ancak yeni nesil genom dizileme kullanan antik DNA araştırmaları için modern DNA kontaminasyonu artık aşılmaz bir engel değildir. Bunun iki sebebi vardır:
- Örnekteki kontaminasyonu istatistiksel analizle belirlemek olanaklı hale gelmiştir. Bunun bir yolu, DNA dizilerinin uçlarında ölümden sonra biriken ve postmortem hasar denilen mutasyonların incelenmesidir. Bir ikinci yol, mitokondriyal DNA’da heterozigotluk gösteren pozisyonların incelenmesidir. Yine erkek örneklerde X kromozomunde heterozigotluk, dişi örneklerde Y kromozomuna ait diziler kullanarak istatistiksel olarak kontaminasyon ölçülebilir.
- Eğer örnekte kontaminasyon tespit edilirse, yalnızca postmortem hasar gösteren, yani kesinlikle otantik olan DNA dizileri analize katılır. Böylece kontaminasyona rağmen örnekteki genetik bilgi değerlendirilir.
Yine de kontaminasyon, istatistiksel analizi zorlaştıran ve deney maliyetini artıran bir unsur olduğu için, olabildiğince kaçınmak önemlidir.