På den frusna tundran i Sibirien anlände för cirka 50 000 år sedan Ullig mammut hans slut under mystiska omständigheter. I prover av djurets hud har forskare nu upptäckt kromosomer som har bevarats i sin ursprungliga 3D-konfiguration 1– en bedrift som tidigare ansågs omöjlig inom DNA-forskning med fossilt DNA.

Teamet avslöjade också den rumsliga organisationen av mammutens DNA-molekyler och de aktiva generna i huden, inklusive en gen som ger djuret dess fluffiga utseende. Arbetet gjordes idagCellpubliceras.

Studien är den första som rapporterar 3D-strukturen av ett forntida genom, säger Ludovic Orlando, en molekylär arkeolog vid Paul Sabatier University i Toulouse, Frankrike, som inte var involverad i forskningen. Eftersom den rumsliga strukturen av ett genom – den kompletta uppsättningen av en organisms genetiska material – ger ledtrådar om genaktivitet, kan förståelsen av denna struktur ge djupare insikter i cellbiologin hos mammuthud än att bara undersöka DNA-sekvensen ensam, säger han. "Det här arbetet är helt enkelt aldrig tidigare skådat."

Förstörelse genom tiden

För cirka 40 år sedan upptäckte forskare att rester av DNA kunde överleva i prover från det avlägsna förflutna, inklusive Egyptiska mumier tusentals år gamla. Det har sedan dess blivit uppenbart att DNA har bevarats i många fornlämningar.

Allt eftersom tiden går bryts DNA ned och lider av kemisk skada, så forskare hade tidigare bara erhållit DNA-fragment som inte hade någon sammanhängande struktur, säger studiens medförfattare Erez Lieberman Aiden, en genetiker vid Baylor College of Medicine i Houston, Texas. Att rekonstruera ett 3D-genom från sådana bitar är nästan omöjligt: ​​ett däggdjursgenom är 30 miljoner gånger större än ett typiskt fragment av gammalt DNA, säger han.

Underbar upptäckt

Genom att utmana detta antagande började Lieberman Aiden och hans kollegor en nio år lång sökning efter välbevarade antika prover och fann så småningom nästan intakta kromosomer i 52 000 år gamla hudprover från en ullig mammut (Mammuthus primigenius), som kom från den sibiriska permafrosten. Upptäckten var "helt enkelt hisnande", säger studiens medförfattare Cynthia Pérez Estrada, en genetiker vid Baylor College of Medicine.

The legs of a juvenile female wooly mammoth, with a gloved hand holding a tuft of ginger hair at the foot

Forskarna analyserade strukturen på mammutens kromosomer och avslöjade DNA-molekylens veckning och dess rumsliga organisation i cellkärnan – två egenskaper som avgör vilka gener som är påslagna och hur länge.

Jämför med moderna elefanter, mammutens närmaste levande släktingar, visade inte bara likheter i kromosomantal och struktur, utan också skillnader i aktiviteten hos gener involverade i hårväxt och kylanpassning.

Frystorkat DNA

Forskarna föreslog att mammutkromosomerna bevarades i ett glasliknande tillstånd genom en uttorkningsprocess som liknar den som används för att göra nötkött ryckigt. Denna teknik resulterar i en vävnad där DNA-molekylerna är tätt packade och orörliga.

Teamets experiment på frystorkad beef jerky, som utsattes för extrema tester som att bli beskjuten med en pistol och överkörd av en bil, bekräftade forskarnas teori: Jerkyen splittrades som glas, men dess kromosomer förblev intakta.

"På inget sätt skulle du tro att [uråldrigt] DNA skulle bevaras i sin form", säger Víctor Moreno Mayar, specialist på genomik av forntida populationer vid Köpenhamns universitet, som inte var involverad i studien. Att se att hon kan göra det "är riktigt coolt", säger han.

Resultaten tyder på att potentialen för att återställa forntida DNA går utöver vad man tidigare trodde var möjligt, förutsatt att förhållandena är idealiska, säger Moreno Mayar.

Tillvägagångssättet i uppsatsen kan också hjälpa forskare att sammanställa ett komplett mammutgenom, säger Eriona Hysolli, chef för biovetenskap vid Colossal Biosciences, ett bioteknikföretag i Dallas, Texas, som arbetar för att återuppliva den ulliga mammuten.

Hysolli, som inte var involverad i studien, säger att ett komplett mammutgenom kan hjälpa till att avslöja egenskaper som kan vara relevanta för företagets djärva plan - skapandet av en elefant-mammuthybrid, som liknar det utdöda djuret och skulle kunna återinföras i dess naturliga livsmiljö.