2023年8月31日
Svante Pääbo, Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes
Basic Books， 2014年
評者：山口 幸佑
はじめに
本書は近年ノーベル賞を受賞した、遺伝学者で、進化遺伝学を専門としているSvante Pääbo（スヴァンテ・ペーボ）博士の書いた半自伝的な書籍である。彼の主な業績としてネアンデルタール人の全ゲノム解析が挙げられ、その解析結果に基づいて、現生人類とネアンデルタール人の交雑が起こっていたことを予測している。このように著者は、これまでは化石標本の形態的な分類を主としていた古生物学の分野に、遺伝学的な手法を持ち込むことによって「古遺伝学」という新しい研究分野を立ち上げたうちの1人である。
本書の内容としては、化石標本（ミイラ、絶滅動物、ネアンデルタール人など）に対する遺伝学的なアプローチに関する内容とその難しさと面白さについて書かれている。それ以外にも彼のプライベートな物事に対する考え方や感情・嗜好に加え、現在では世界的に有名なMax Plank研究所が第二次世界大戦後のドイツでどのような方針で研究所を立ち上げていったのか、生命科学系研究者にとって名誉ある雑誌のNature, Science, Cellのエディターと著者がどのような交渉をしていたのか、遺伝学的なアプローチをするためのツール（PCR、サンガーシーケンサー、次世代シーケンサーなど）がどのように発展してきたかなど、様々な側面についても言及している。このようにバラエティに富んだ内容とはなっているが、できるだけ平易な表現で分野外の人でも理解できるように書かれているため、高校もしくは大学レベルの生物学の知識があれば理解できる内容となっている。
以下、本書の要約と、知っておくとより深く内容を理解できる背景知識について記載する。
要約
本書は全23章からなる構成となっており、Svante Pääbo博士がネアンデルタール人のミトコンドリアDNA1の解析を成功させたことを皮切りに、ネアンデルタール人の全ゲノム解析を行い、現生人類とネアンデルタール人の交雑が起こっていたという研究の経緯が記載されている。以下、各章に対する要約を記す。
第1章：本章では著者とその指導学生が、ネアンデルタール人の化石標本からミトコンドリアDNAの解析を成功させたエピソードについて描かれている。DNAは遺伝情報を運搬する物質であり、生命体においては様々な修復システムによって安定的に保存されているものの、生命体が死滅すると修復システムが維持できなくなる。これによりDNAは外部環境（紫外線、熱、酸など）にさらされ、容易に分解されてしまい、化石標本からのDNA抽出を非常に困難にしている。本研究でミトコンドリアDNAの解析に成功した要因として、著者が入手したネアンデルタール人の化石標本の状態が非常に良く、急速に化石化が進んだため、DNAが保存されていたことが考察されている。また、環境中には細菌を含む様々なDNAを含んだ生物や物質が存在しているが、著者が利用した化石標本にはそのような夾雑物の混入が少なかったこともミトコンドリアDNAの解析に成功した一要因として描かれている。本研究は生命科学系研究者にとっての三大誌2であるCellに掲載され、様々な分野から大きな反響があったことが描かれている（当該論文は参考文献1を参照）。
第2章：本章では著者が学生時代にどのような研究を行い、どのようにして古生物学の分野にゲノム科学の手法を持ち込んだのかを描いている。著者は元々、医学（免疫機構）関係の研究をしていたが、幼い頃からの興味や発展するDNA解析技術の影響から、2,000〜3,000年前のミイラのサンプルからDNAを抽出・解析をすることを試みた。新鮮なサンプルとは異なり、ミイラのサンプルからはDNAが抽出できないなど様々なトラブルに見舞われたものの、最終的にはミイラのサンプルからミトコンドリアDNAの解析を行うことができ、その研究結果がNatureで発表された（当該論文は参考文献2を参照）。また、著者はミイラのサンプルが非常に貴重なため、研究を始める前に牛の肝臓をスーパーで購入して、オーブンで十分に乾燥し、ミイラのサンプルに見立てて実験するなど試行錯誤をしている様子も描いている。
第3〜6章：本章では著者がミイラのミトコンドリアDNAの解析の業績により、ドイツのミュンヘン大学からオファーを受け、自身の研究室を立ち上げ、ネアンデルタール人の研究を志すまでの過程を描いている。当初は別のミイラのサンプルを博物館から取得し更なるミトコンドリアDNAの解析を実施する予定であったが、ミイラのサンプル取得の許可が博物館から降りなかったため、サンプルを絶滅動物（哺乳類、マンモス、地上性ナマケモノ（Ground sloth）など）に変更している。この過程の中で著者と著者の研究室は絶滅動物のDNAを抽出・解析するための技術を発展させていったが、絶滅動物のDNAが環境からの影響で容易に分解されやすく、DNA解析の際に細菌やヒトの細胞などが容易に混入し、DNA解析の結果を邪魔するという事態に遭遇していた。著者自身は細菌やヒトの細胞の混入に対して非常に神経質になり、自身の研究室専用のクリーンルームを設置し、混入を減らすための厳格なルール設定（クリーンルームに入室するにあたって他の研究室への入室が禁じられ、自宅から直接訪問する以外は入室が認められていなかった）をするなど細心の注意を払っていたが、その状態であったとしても数千年前の化石標本までしか信頼できるデータが得られないと考えていた（当時、PCR技術3の発展に伴って古遺伝学のムーブメントがあり、恐竜など数億年前の化石標本から得られたDNA解析結果が著名な雑誌に掲載されていたが、著者自身はその結果に対して非常に懐疑的になっていた）。第5章の終盤では、著者たちがアイスマン（1991年にアルプス山脈にあるイタリア・オーストリア国境のエッツ渓谷の氷河で見つかった、約5,300年前の男性のミイラ）のサンプルを取得することができたため、アイスマンのサンプルのミトコンドリアDNAの解析が実施された様子が記載されている。これまで著者の実施してきた絶滅動物のミトコンドリアDNAの解析結果は権威のある雑誌に掲載され、特にアイスマンの研究結果はScienceに掲載された（当該論文は参考文献3を参照）。また、アイスマンのサンプルからDNA抽出・解析が実施できたことから、ネアンデルタール人などの絶滅した古人類にアプローチすることが研究室の方針として決まり、第1章の時系列に繋がる。
第7章：本章では著者がミュンヘン大学からMax Plank研究所に移籍する際の研究所との交渉や、ドイツで第二次世界大戦後に一種のタブーとなっていた進化人類学を、著者が実施する際のやり取りを描いている。研究所を設置する際、優秀な研究者を招致するために魅力的な土地選びに関して言及するなど、研究とは異なった政治的な話となっている。また、現在の著者の妻であるLinda Vigilant（リンダ・ヴィジラント）との出会いと結婚に至るまでの経緯が赤裸々に書かれている。
第8〜10章：本章ではネアンデルタール人と現生人類の遺伝的な違いを比較するために、核ゲノム情報をネアンデルタール人の化石標本から抽出する試みが描かれている。これまでの扱ってきたミトコンドリアDNAとは異なり、核DNAの情報量は数千倍〜数万倍となり、核内のゲノム情報を取得することは非常に労力がかかる。さらに化石標本のようなDNAがダメージを受けている状態では核ゲノム情報のDNA解析は困難であることが予想された。しかし、化石標本からのDNA抽出の方法の改善やDNA解析をするための機器の発展（454 Life Sciences社のパイロシーケンサー3）により、ネアンデルタール人の核ゲノム情報の解析を一部ではあるが完了することができた。これらの結果はCold Spring Harbor研究所の研究年会で発表され、多くの研究者たちの注目を集めた。またこの成果は、次章からスタートするネアンデルタール人のゲノム解析プロジェクトの足掛かりとなった。
第11〜13章：本章ではネアンデルタール人の全ゲノムを解読するプロジェクトの始動について述べている。前章から引き続き著者はネアンデルタール人の核ゲノム解析を実施することを試みていたが、解析自体が非常に高額な実験であった。これまでのネアンデルタール人の核ゲノムの解析結果から、総額で500万ドルの支援が必要になると試算していたが、幸いなことにMax Plank Societyからの支援を受けることができ、総額で600万ドルの援助を受けることができ（本来は500万ドルの試算であったが、情報伝達ミスで500万ユーロの援助を受けることになった）、ネアンデルタール人のゲノム解析プロジェクトを開始した。DNA解析自体は前章から引き続き、454 Life Sciences社のパイロシーケンサーを用いて実施していたが、大量のゲノム解析を必要とするため、新たな良質な化石標本が必要になっていた。細菌やヒトの細胞の混入の影響により、当初は抽出したDNAの内、〜4%しかネアンデルタール人のDNAが含まれておらず（〜96%は細菌由来のDNA）、良質な化石標本を得るために著者らは博物館との交渉などに奔走していた。残念なことに、得られたほとんどの化石標本が低品質なもので、ネアンデルタール人のDNAは〜0.5%しか含まれていなかった。そこで、実験的にネアンデルタール人のDNAのみを効率よく抽出するために、①DNA抽出方法自体の改善、②利用する骨の位置による細菌の混入の低減、③細菌に特徴的なDNA配列の分解除去という3点の試みがなされ、ネアンデルタール人のDNAの抽出効率を20%まで上昇することが可能となった。これらの手法によりネアンデルタール人の化石標本から核ゲノム情報を効率よく取得することが可能となった。
第14章：本章ではネアンデルタール人の核ゲノム解析の結果から、如何にしてネアンデルタール人のゲノム情報を再構築するのかについて述べている。ネアンデルタール人の核ゲノム解析結果を用いて一からネアンデルタール人のゲノム情報を再構築するのは非常に時間も手間もかかるため、著者らはまずネアンデルタール人の核ゲノム解析の結果をヒトゲノムと照らし合わせて、どの領域がヒトゲノムに近いのか、そしてどの領域がネアンデルタール人に特徴的な領域なのかを調べた。この際注意しなくてはいけない点として、あまりにもネアンデルタール人の核ゲノム解析の結果とヒトゲノムの照らし合わせの条件を緩くしてしまうと混入した細菌の解析情報でさえヒトゲノムと合致してしまう点である。これらの絶妙な条件を模索しつつ、DNA損傷によって起こるDNA情報の変化も考慮したアルゴリズムの設定を行うことで、著者らはネアンデルタール人に特徴的なゲノム領域の検出手法の確立に成功した。
第15〜20章：本章では著者らがこれまで築き上げてきた効率的なネアンデルタール人のDNA抽出方法（第11〜13章）および特徴的なゲノム領域検出手法（第14章）を用いて、実際に十分な量のネアンデルタール人の核ゲノム解析情報を得るために奮闘する様子が描かれている。当初は核ゲノム解析を行うために454 Life Sciences社の機器を利用していたが、454 Life Sciences社の責任者交代などによって核ゲノム解析の実施に遅れが生じていた。また、454 Life Sciences社の機器は長いDNA配列の解析に適していたが、そもそも化石標本中のDNAは分解が進んでいたため、短いDNA配列の解析のみで十分だった。その条件に合致しており、短いDNA配列を大量に解析することができる次世代シーケンサー3を有していた新興企業のIllumina社と契約し、ネアンデルタール人のゲノム情報解析を行なっていった。Illumina社の次世代シーケンサーにより十分量の核ゲノム解析情報を得ることができ、ネアンデルタール人が現生人類のゲノム情報にどれだけ影響を及ぼしているのかを換算することが可能となった。手法としてはSNPs（一塩基多型）と呼ばれる特徴的な塩基の部位を目印にネアンデルタール人と現生人類とのゲノム情報を比較する手法が用いられた。化石標本の採掘情報から、ネアンデルタール人は現在のヨーロッパ諸国の位置に生息しており、アフリカに生息していなかったことが知られていた。そこでネアンデルタール人とアフリカ人と非アフリカ人のゲノム情報の差を比較したところ、約2%のネアンデルタール人に特徴的なゲノム情報が非アフリカ人のゲノムにのみ存在していることが明らかになった。これらの結果はネアンデルタール人と同じ時代に生きた現生人類の祖先がネアンデルタール人と交配し、子を成したことを示している。
第21章：本章では著者が上述の第11〜20章までに行なってきたネアンデルタール人のゲノム解析プロジェクトの内容をScienceに掲載した際の様子とその反響を描いている（当該論文は参考文献4を参照）。これらの内容は研究者業界だけではなく、一般のニュースやラジオなどでも報道され、非常に大きな影響を及ぼした。一方でこれらの発見は宗教的な価値観の崩壊や人種差別的な偏見の流布にもつながるため、情報提示の扱いに細心の注意を払ったことを記載している。
第22〜23章：本章では著者がネアンデルタール人のゲノムプロジェクトを終了したのちに、化石標本から抽出したDNA解析結果からネアンデルタールの近縁種（デニソワ人）を同定したことを記載している。ネアンデルタール人、デニソワ人、現生人類のゲノム情報の比較によって、現代人のゲノム情報が様々な人類によって構成されていることを示している。
必要となる背景知識
1ミトコンドリアDNA：
細胞内のDNAは大きくミトコンドリアDNAと核DNAに分けられる。核DNAに比べて、ミトコンドリアDNAは塩基配列が短いため解析が容易である。また、変異が起こりやすいため、動物種間の変異を比較することで進化系統樹の作成などによく利用される。より詳しい内容は国立遺伝学研究所の説明を確認していただきたい。
国立遺伝学研究所、遺伝学電子博物館、ミトコンドリアDNA：
https://www.nig.ac.jp/museum/evolution-x/02_a2.html
2三大誌：
生命科学系の研究者にずば抜けて大きな影響力を持っている雑誌（Nature, Cell, Science）を三大誌と呼ぶ。Nature, Scienceは科学全般を対象にするため生命科学系以外の分野も対象とするが、Cellは生命科学系の分野を対象にしており、包括的な生命現象の説明を求められる。このためNatureやScienceに比べ、Cellに掲載される論文は文量やデータ量の多い内容のものでも許容される。一方で、Cellに掲載される内容としては細胞生物学的なものに偏っているため、古生物学の内容を掲載するのは（評者が理解している範囲では）珍しい。
また、本書の内容からは脱線するが、生命科学系の研究者として成功するためには、三大誌もしくはそれに関連する雑誌に自身の論文が掲載されることが暗黙の了解としてある。また、生命科学系の研究は結果が得られるまでに非常に時間がかかるため、一部の研究者は誘惑に負けて、自身の望む結果を捏造してしまうケースもままある。以下の書籍は生命科学系の厳しい現状とそれでも研究を続ける楽しさを描いている。興味があれば参照してもらいたい。
著者：Pernille Rørth
翻訳：日向 やよい
タイトル：RAW DATA（ロー・データ）
出版社：羊土社
発売日：2020年3月19日
3DNA解析技術の発展：
本書の内容は主にネアンデルタール人のゲノム情報解析が主になっているが、その背景にDNA解析技術の発展を見ることができる。DNAの情報解析はPCR技術の開発に端を発し、各種シーケンサーが開発されることによって発展していった。また、著者が絶滅動物やネアンデルタール人のゲノム解析を行なっている1990年〜2010年は、ヒトゲノムプロジェクトが国家プロジェクトとして推進されている時代であり、多くのDNA解析技術のブレイクスルーが達成されていった。また、著者らが利用しているDNA解析技術の変遷として、PCR→パイロシーケンサー（454 Life Sciences社）→次世代シーケンサー（Illumina社）とあるが、これも時代をよく反映しており興味深い。特にDNA解析手法として著者らは最終的にIllumina社の次世代シーケンサーを利用しているが、2023年6月現在において、DNA解析を行う機器としてはIllumina社が市場を大きく占めている。より詳しい内容を知りたい場合は以下の文献を参照していただきたい。
ヒトゲノム研究について（文部科学省）：
https://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/kagaku/rinri/hgken628.htm
PCRとは（基本情報；ロシュ・ダイアグノスティックス社）：
https://www.roche-diagnostics.jp/ja/general/pcr/pcr_1.html
次世代シーケンシング（NGS）とは（コスモ・バイオ株式会社）
https://www.cosmobio.co.jp/support/technology/a/next-generation-sequencing-introduction-apb.asp
参考文献
- M. Krings et al., Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. Cell 90, 19–30 (1997).
- S. Pääbo, Molecular cloning of Ancient Egyptian mummy DNA. Nature 314, 644–645 (1985).
- Handt et al., Molecular genetic analyses of the Tyrolean Ice Man. Science 264, 1775–1778 (1994).
- R. E. Green et al., A draft sequence of the Neandertal genome. Science 328, 710–722 (2010).
コメント
本書は著者の研究経緯と彼が何を明らかにしてきたのかを非常にわかりやすく、そしてストーリーとしても面白く書かれており、内容自体も平易な用語で統一されているため専門的な知識もそこまで必要ではない。また、本書は和訳もあるため（『ネアンデルタール人は私たちと交配した』）、英語に苦手意識のある方にとっても敷居が低い。そのため、古生物学、古遺伝学、ゲノム科学、進化学、分子細胞生物学、生命情報科学に興味のある方の読み物として最適な本である。一方、前述のように本書はあくまで読み物として書かれており、本書で書かれている他の研究に対する多くの批判も彼個人の目線しかないため、批判自体が正しいかどうかを判断するためには本書記載の参考文献をよく読み判断する必要がある。また、詳しい技術や背景知識に関しては別途教科書などを読む必要がある。評者の専門は分子細胞生物学・生命情報科学になるので、以下の文献案内はその内容に準拠する。
文献案内
著者：スヴァンテ ペーボ（Svante Pääbo）
翻訳：野中 香方子
タイトル：ネアンデルタール人は私たちと交配した
出版社：文藝春秋
発売日：2015年6月27日
著者：Alberts/ Johnson/ Lewis/ Morgan/ Raff/ Roberts/ Walter
監訳：中村 桂子/ 松原 謙一
翻訳：青山 聖子/ 斉藤 英裕/ 滋賀 陽子/ 田口 マミ子/ 滝田 郁子/ 中塚 公子/ 羽田 裕子/ 船田 晶子/ 宮下 悦子
タイトル：細胞の分子生物学 第6版（英語原著の最新の版は第7版）
出版社：ニュートンプレス
発売日：2017年9月15日
編集：二階堂 愛
タイトル：次世代シークエンス解析スタンダード〜NGSのポテンシャルを活かしきるWET&DRY
出版社：羊土社
発売日：2014年8月23日
著者、編集：清水 厚志/ 坊農 秀雅
タイトル：次世代シークエンサーDRY解析教本 改訂第2版
出版社：学研メディカル秀潤社
発売日：2019年12月12日
出版元公式ウェブサイト
Basic Books (https://www.hachettebookgroup.com/titles/svante-paabo/neanderthal-man/9780465054954/)
注：リンク先はソフトカバーの公式ページであるため、出版年が本書評冒頭に書かれている年と異なります。
評者情報
山口 幸佑（やまぐち こうすけ）
現在、UMR7216, Paris-Diderot Universityで博士研究員。専門は、ゲノム科学・エピゲノム・生命情報科学で、特に現在は、DNAメチル化と癌細胞における病態の変化について研究している。主な論文・著作に、“Re-evaluating the Localization of Sperm-Retained Histones Revealed the Modification-Dependent Accumulation in Specific Genome Regions.”, Cell Rep, (2018) 、“Large-Scale Chromatin Rearrangements in Cancer.”, Cancers, (2022) がある。趣味は、分野関係なく色々な娯楽作品を見る・聴くこと（ドラマ、アニメ、YouTube、ラジオ、小説、漫画など）、自分の分野と関係のない研究者の話を聞くこと、人のお世話。
researchmap：https://researchmap.jp/yamaco