Moje kořeny

Pro pochopení jak funguje genetika je potřeba začít od úplného začátku. Každý organismus, člověka nevyjímaje, obsahuje v buňkách deoxyribonukleovou kyselinu, běžně označovanou DNA (z anglického deoxyribonucleic acid, česky zřídka i DNK). Tato sloučenina je nositelka genetické informace všech buněčných organismů. DNA je tedy pro život velmi důležitou látkou, která ve své struktuře kóduje a buňkám zadává jejich program a tím předurčuje vývoj a vlastnosti celého organismu.

DNA je biologická makromolekula v podobě řetězce takzvaných nukleotidů. Nukleotidy jsou vždy složeny z cukru deoxyribózy, fosfátové skupiny a jedné ze čtyř nukleových bází. Informační funkci mají právě báze, jimiž může být adenin (A), guanin (G), cytosin (C) nebo thymin (T). Dvě vlákna DNA se často spojují a vytvářejí velmi dobře známou dvoušroubovici. Dvoušroubovici DNA tvoří dvě navzájem spletené šroubovice, jejichž konce míří opačným směrem. Mezi protilehlými bázemi obou vláken dochází ke spojení pomocí tzv. vodíkových můstků, a to tří mezi guaninem a cytosinem nebo dvou mezi adeninem a thyminem.

Genom, tedy souhrn DNA v buňce, pak není pouhou změtí dvoušroubovicové DNA, na vyšších úrovních je možné pozorovat komplikované vinutí a četné interakce s buněčnými bílkovinami. Jednou ze struktur, ve kterých se DNA nachází, jsou chromozomy. Chromozom je specifická buněčná struktura přítomná v jádře buňky. Skládá se z DNA a histonů. Účelem jeho existence je usnadnit rovnoměrné rozdělení genetické informace do dceřiných buněk. Jaderný genom člověka je rozeset po 23 párech chromozomů, z toho jeden pár je představován pohlavními chromozomy X a Y.

Pohlavní chromozom je takový chromozom, který se podílí na chromozomálním určení pohlaví. U člověka mezi pohlavní chromozomy patří chromozom X a chromozom Y. Ženy jsou homogametického pohlaví, to znamená, že mají dva stejné chromozomy (XX). Mužské pohlaví je u člověka heterogametické (XY).

Y-chromozóm je nejmenším ze všech chromozómů, obsahuje největší nerekombinující blok nukleotidů v lidském genomu (přibližně 58 milionů párů bází), a proto je vhodným „záznamovým zařízením“ genetických změn. Y-chromozóm představuje pouze 0.38% celkové DNA obsažené v lidské buňce. Y-chromozóm nese jen velmi malé množství funkčních genů a tyto geny mají na starosti především „mužské“ znaky spojené s plodností a sexuálními funkcemi, jako je například produkce spermií a formování varlat. Y-chromozom se nalézá pouze u mužů a dědí se výhradně po paternální linii z otce na syna, podobně jako rodné příjmení. Tento systém přenosu dědičné informace vytváří nepřerušitelnou spojnici mezi generacemi a může být velkým pomocníkem při rekonstrukci rodinné historie.

Mutace je dědičná změna genotypu. Mutace dělíme na mutace spontánní, jež vznikly chybou v replikačním a reparačním mechanismu DNA, a indukované, tj. uměle vyvolané mutageny. U člověka, který není vystaven nadměrnému působení mutagenů, se předpokládá spontánní vznik mutací s frekvencí 10−6 na buňku a generaci. Jelikož předpokládaný počet genů u člověka je zhruba 25 000, lze snadno odvodit, že člověk je vlastně organismus skládající se z buněk, které obsahují rozličné mutace. Většina mutací má ovšem význam jen pro konkrétního jedince, neboť se nacházejí v tělních buňkách, které nemají šanci předat svoji mutaci dalším generacím.

Je to základní nástroj genetické genealogie spočívající v analýze DNA zkoumaného člověka (STR-markery či SNP-markery). Účelem takovýchto testů je získat hodnoty markerů poskytující informace o rodové linii testovaného, využitelné v rámci genealogického bádání. Zobecněním většího množství výsledků genealogických testů DNA lze prohlubovat znalosti původu současné populace a historického vývoje různých etnik (např. studiem haploskupin).

Otcovskou linii daného muže lze stopovat prostřednictvím DNA obsažené v jeho chromozómu Y (Y-DNA). Protože většina evropských příjmení přechází z otce na syna, může taková analýza přispět k poznání toho, zda mají různí nositelé stejného příjmení společného předka. Pro zjištění otcovské linie v případě žen je nutné použít vzorek otce, bratra, strýce z otcovy strany, děda, bratrance, tedy kohokoliv, kdo sdílí stejnou otcovskou linii.

Test Y-DNA spočívá v analýze segmentů DNA chromozómu Y (přítomném pouze u mužů), zvaných krátká tandemová repetice (STR z anglického Short Tandem Repeat). Testované segmenty jsou označovány jako markery a nacházejí se v nekódující části DNA.

DNA je enzymaticky rozstříhána na malé sekvence, které jsou poté navázány na vhodný nosič. Pomocí polymerásové řetězové reakce (PCR) je připraveno velké množství kopií určitého úseku DNA. Následně jsou přidány čtyři nukleotidy značené různými fluorescenčními barvami spolu s univerzálním primerem. Postupně je takto vytvářena komplementární DNA, jejíž všechny nukleotidy jsou označeny barvou a jsou díky tomu viditelné pro kameru. Po přečtení všech DNA fragmentů je pomocí počítače zpět sestavena původní DNA s přečteným pořadím nukleotidů.

STR markery vyjadřují změnu počtu opakování daného segmentu DNA. Opakující se sady nukleotidů se nazývají genetické markery a jsou evidovány ve tvaru DYS číslo. DYS je anglickou zkratkou z DNA Y-chromosome Segment number, tedy číslo segmentu DNA na chromozómu Y.

SNP markery jsou odchylky individuálních nukleotidů v sekvenci DNA. Mutace takových míst probíhají velmi pomalu. Tím jsou předurčeny k mapování historie člověka a sestavení jeho genetického stromu. Označení SNP markeru sestává z písmena a čísla. Písmeno představuje laboratoř nebo výzkumný tým, který daný marker objevil. Číslo je pak pořadí objevu v rámci příslušného týmu.)

Test Y-DNA spočívá zpravidla v analýze 10-67 STR markerů chromozómu Y, i když dostupných je jich více než 100. Výsledkem testů je osobní haplotyp. Hodnoty SNP markerů naproti tomu odhalují příslušnou haploskupinu.
Haplotyp je číselná reprezentace genealogického testu Y-DNA. Každá z hodnot má charakteristické zastoupení v rámci populace. Hodnoty markeru DYS 455 se pohybují např. v rozmezí 8-12. Nejběžnější hodnotou je pak 11. Shody hodnot u různých osob mohou být známkou příbuzenského vztahu. Odhad období, kdy žil jejich společný předek, vychází ze statistiky. Pokud bylo u obou osob dosaženo shody ve 37 markerech, je 50% pravděpodobnost, že jejich společného předka lze nalézt v minulých pěti generacích. S pravděpodobností 90 % žil jejich předek v některé z posledních sedmnácti generací. U testů hraje velkou roli počet analyzovaných markerů. Přestože se běžně určuje 12-17 markerů (dle použité diagnostické soupravy), je pro detailnější analýzy doporučeno markerů minimálně 25. Čím více testovaných markerů, tím přesnějších a konkrétnějších lze dosáhnout výsledků. Výsledná kombinace hodnot STR markerů může signalizovat příslušnost k některé haploskupině. Jistotu lze získat však jedině pomocí specializovaného testu s využitím SNP markerů.

Haploskupiny jsou velké skupiny haplotypů, které lze využít k charakterizaci populace. Často je lze geograficky lokalizovat. Haploskupinou (haplogroup) se nazývají klany nebo rodiny Y-chromozomů příbuzných po rodové linii. Haploskupiny Y-chromozomu jsou definovány rozdíly v části DNA. Na vrcholu stromu se nachází společný předek - Adam (člověk, jehož chromozom Y je předkem všech variant chromozómu Y dnes žijících mužů). Tento „genetický praotec“ žil před cca 200 000 – 300 000 lety v Africe. Všichni muži v sobě mají kousek DNA tohoto muže. Y-chromozom, který v sobě nosí dnešní muži, se však od toho původního „adamovského“ liší o všechny změny (mutace), které na Y-chromozomu v průběhu věků vznikly. V žádném případě to neznamená, že by v Africe žil jen jeden muž. Současně s genetickým Adamem samozřejmě žila celá řada mužů, pouze nelze nalézt jejich genetickou stopu v současné populaci. Je nutné si uvědomit, že v určitém okamžiku vývoje lidstva se velikost efektivní populace pravděpodobně snížila na necelých 3 000 jedinců, což bylo příčinou, že se do dnešních dnů zachovala pouze jedna hlavní „adamovská“ varianta Y-chromozomu.

Adam chromozómu Y nepředstavuje stejného muže v celé historii lidstva. Poslední společný předek dnes žijících lidí se liší od muže, jenž byl, či bude společný pro lidstvo v jiném časovém okamžiku - s tím, jak vymírají celé mužské linie, se posledním společným předkem stávají stále mladší jedinci. V období strmého populačního růstu je vymření otcovské linie pravděpodobné mnohem méně, než při náhlém snížení počtu jedinců. Adam chromozómu Y je metaforou na biblického Adama. Použité jméno může svádět k dojmu, že se jednalo o jedinou osobu. „Y-Adam“ však není nějakou fixní postavou, ale spíše označením, za kterým je skryt v průběhu věků pokaždé někdo jiný.

Současní lidé také obsahují 1% až 4% specificky neandrtálského genomu, tedy jiného předka - neandrtálce, který se oddělil od linie moderního člověka zhruba před 400 000 lety (poslední společný předek přibližně před 600 000 lety). Navíc jsou lidé z 99% geneticky shodní s šimpanzem a společný předek (CHLCA - chimpanzee–human last common ancestor) žil zhruba před 6 milióny let.

Po prvním objevení jednotlivých haploskupin se to dělalo tak, že se zjistilo jejich současné rozložení v jednotlivých světových regionech a odhadovalo se, které historicky známé populační pohyby by mohly toto rozložení vysvětlit. Zjistilo se např., že ve východní Evropě převládá R1a a tak se přisoudila slovanské expanzi. Haploskupina N se zase spojila s ugrofinskými kmeny severní Evropy a Asie, neboť se nejvíc vyskytuje např. u Laponců a jiných severských kmenů. V některých případech byly tyto odhady (alespoň velmi zhruba) správné, v jiných případech je bylo nutno v následujících letech podstatně revidovat. Např. R1b, která byla původně chápána jako haploskupina prvních lovců a sběračů osídlujících Evropu po skončení poslední doby ledové, je nyní chápána jako haploskupina, která do Evropy přišla mnohem později (zhruba před 5000 - 6000 lety) spolu s prvními Indoevropany.

Výzkum dále pokračoval v různých směrech. Jednak se dařilo v rámci jednotlivých haploskupin rozlišovat jejich podskupiny a podskupiny podskupin a zjišťovalo se, v jakých oblastech se vyskytují (např. podskupina haploskupiny R1b nazvaná L21 se vyskytuje téměř výlučně na britských ostrovech a v Bretani). Tato práce není stále ani zdaleka ukončena, spíš je naopak v začátcích. Velmi dobře jsou zmapovány britské ostrovy a relativně dobře také některé části západní Evropy. V České republice zatím na podrobnější zmapování teprve čekáme a to jak z hlediska jednotlivých podskupin haploskupin, tak z hlediska jednotlivých regionů.

Ohromný krok kupředu znamenalo zdokonalení metod analýzy DNA z archeologických nálezů, ke kterému došlo teprve před několika málo lety. Nyní tedy nemusíme haploskupiny starých populací již pouze typovat a odhadovat, ale můžeme je přímo, např. na starých pohřebištích, přesně určovat. Přesto že je tento výzkum v začátcích, množství takto analyzovaných vzorků v Evropě jde nyní již do stovek. Proto už např. víme, že převládající haploskupina lovců a sběračů po ukončení doby ledové byla haploskupina I, víme, že velká většina zatím analyzovaných pozůstatků neolitických zemědělců měla haploskupinu G2a a že teprve před 4500 lety se dostala ze středoevropského prostoru haploskupina R1b na západ Evropy.

Propojení haploskupiny nebo skupiny haploskupin s jednotlivými archeologickými kulturami je složitá záležitost. Obecně platí, že kultura se mohla šířit jak v rámci pohybu lidí, tak i bez větších pohybů populace, pouhým učením a napodobováním. U každého konkrétního případu je to třeba zkoumat individuálně. Situace se mohla měnit i v průběhu existence kultury. Např. kultura zvoncových pohárů, která vznikla kolem roku 2800 př. Kr. zřejmě kdesi v jižní Evropě, se podle nejnovějších teorií nejprve rozšířila až do střední Evropy bez výrazných populačních pohybů. Načež se kolem roku 2500 př. Kr. rozšířila do celé západní Evropy a na britské ostrovy, přičemž tato druhá fáze byla spojena s nesmírně silnou expanzí haploskupiny R1b a převrstvením původní populace (na britských ostrovech to bylo až 90 %).

Metod je více a je užitečné je vzájemně kombinovat. Jednak je důležité zjistit, která SNP mutace nastala dříve a která později. Představme si, že najdu osoby, které budou mít haploskupinu R1b a budou mít obě SNP mutaci M269. Pokud jedna z nich bude mít zároveň mutaci S21 a druhá ne, vyplývá z toho, že mutace S21 je mladší, než mutace M269. Takto lze vytvořit celý „rodokmen“ mutací, ovšem pouze s relativním datováním (která mutace je starší, která je mladší).

Absolutní datování do toho mohu vnést např. tak, že shromáždím velké množství haplotypů (Y-STR) od jedinců majících příslušnou SNP mutaci. Čím budou tyto haplotypy od sebe navzájem rozrůzněnější, tím delší doba uplynula od existence nejstaršího společného předka oněch haplotypů. Pokud vezmu v úvahu rychlost STR mutací, mohu dobu zkusit přímo vypočíst. To není ale zdaleka triviální a existovaly na to v minulých letech dva soupeřící přístupy, jejichž odhady se lišily v poměru 1:2 až 1:3! Tento přístup nezjistí přímo stáří SNP mutace, ale alespoň nastaví dolní limit jejího stáří.

Další přístup je nyní umožněn sekvenováním DNA z archeologických materiálů. Když zjistíme, že kost stará 24 000 let z oblasti pohoří Altaj má haploskupinu R, tak víme, že tato haploskupina musela vzniknout před tímto datem.
Množství identifikovaných SNP nyní neuvěřitelně narůstá, díky přesným a levným sekvenačním metodám (NGS). Pokud máme pro skupinu jedinců identifikovány všechny Y-SNP ve kterých se liší, můžeme vytvářet časové odhady na základě průměrné rychlosti vzniku SNP na Y chromozomu.

Kombinací všech výše popsaných postupů se pak dostáváme k „absolutním“ číslům. Nicméně k nim musíme být vždy opatrní a považovat je za odhady zatížené jistou chybou.