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Con il trapano in cerca di storia
Una visita alla bioarcheologa Valentina Coia, nel laboratorio per il DNA antico
Come si differenziavano dal punto di vista genetico gli abitanti delle valli altoatesine nell’alto medioevo? In Eurac Research si cercano risposte nel DNA antico estratto da decine di scheletri. Il lavoro richiede forza e pazienza.
Il rumore del trapano non si sente quasi. Gli spessi vetri lasciano sbirciare all’interno del laboratorio, ma bloccano i suoni. Però lo sforzo con cui la biologa Valentina Coia preme la punta rotante sul cranio ingiallito è evidente. I visitatori non posso accedere al locale per non contaminare i reperti. Coia è scafandrata con tuta di protezione, guanti e mascherina sterili. Fa un cenno di saluto dietro gli occhiali protettivi ed esce dal laboratorio massaggiandosi il braccio destro: “È più faticoso di quello che sembra. L’osso temporale del cranio è molto duro da perforare, ma che ci vuoi fare: è lì che troviamo il DNA migliore!”
Valentina Coia nel laboratorio per il DNA antico
Credit: Eurac ResearchCome si estrae il DNA antico?
Il DNA che Coia va cercando nei laboratori di Eurac Research, dopo anni passati alla Sapienza di Roma e all’Università di Trento, è DNA antico: DNA di scheletri vecchi centinaia di anni, degradato da alterazioni chimiche post-mortem e contaminato nel tempo dal DNA di batteri di animali, piante e altri esseri umani. Qui le cose non funzionano come nei kit venduti online per scoprire da dove arrivano i nostri avi con una goccia di saliva. Isolare una quantità di DNA endogeno – cioè proprio dell’individuo – sufficiente per l’analisi è tutt’altro che semplice.
La rocca petrosa è una valida cassaforte per il nostro DNA: si sviluppa completamente già prima della nascita e cambia poco nel corso della vita.
Il DNA antico si estrae da denti, femori e tibie. Però, quando disponibile, la parte più promettente è l’osso temporale. Anzi, per essere più precisi la parte dell’osso temporale che si chiama rocca petrosa. Protuberanza all’interno della scatola cranica, la rocca petrosa è l’osso più duro e resistente del corpo. Serve a proteggere gli organi nervosi dell’udito e dell’equilibrio, si sviluppa completamente già prima della nascita e cambia poco nel corso della vita. È dunque una valida cassaforte per il nostro DNA anche nel corso dei secoli.
Le colleghe che ricevono i resti umani dai siti di scavo archeologici e li analizzano dal punto di vista morfologico spesso consegnano a Coia rocche petrose già separate dal cranio. Se, invece, sono ancora ancorate alla scatola cranica la ricercatrice individua a tentoni il punto sporgente sul lato interno infilando la mano dalla base del cranio, e pratica in corrispondenza un foro di pochi millimetri, profondo circa un centimetro.
Ci vogliono fino a 20 minuti per estrarre un campione.
Possono volerci fino a 20 minuti per campione e non è detto che basti per estrarre quei 100-200 milligrammi di polvere ossea necessari. “Mi è capitato di dover ripetere l’operazione sullo stesso individuo perché il campione si è rivelato contaminato o i risultati non mi soddisfacevano”, racconta Coia. “Ci vuole davvero molta pazienza”.
Dalla polvere di ossa prelevata Coia estrae il DNA e sequenza il genoma usando la più moderna tecnica del Next Generation Sequencing. I software di bioinformatica le servono prima di tutto per ripulire i dati genetici grezzi dalle informazioni inutili o di scarsa qualità. Milioni di letture ad altissima velocità mettono poi in fila i frammenti di DNA rimasti secondo la sequenza di riferimento standard del genoma umano. Il DNA non umano viene spazzato via e si stima l’eventuale contaminazione di DNA umano moderno, cioè non appartenente all’individuo analizzato; in genere entro il cinque per cento di contaminazione il campione è affidabile.
Una volta che i dati sono lì, ripuliti e ordinati, comincia il bello. Gli scienziati vi cercano risposte.
Gli obiettivi della paleogenetica
La paleogenetica è una disciplina relativamente nuova; i primi studi risalgono agli anni Ottanta. E se il genoma di Ötzi non ha più segreti e alcuni periodi preistorici come il neolitico sono studiati da tempo, di altre popolazioni sappiamo ben poco. È il caso degli abitanti delle Alpi durante l’alto medioevo. L’archeologia ha ricostruito in parte come si viveva allora, anche nell’attuale territorio dell’Alto Adige. Ma come si differenziavano – se si differenziavano – gli abitanti di valli lontane come la val Isarco e la val Venosta dal punto di vista genetico? Non solo, in quei secoli la regione è stata interessata da intensi flussi migratori di popolazioni – soprattutto germaniche ma anche slave – che hanno attraversato l’Europa. I franchi e bavari arrivarono da nordovest, i longobardi da sud e gli slavi da est. Per esempio, nel sito di Burgusio gli archeologi hanno trovato in una tomba una cintura di ottone e argento tipica dei corredi funerari delle popolazioni del sud della Germania. Ma oltre alle influenze culturali, quale impatto a livello biologico hanno avuto queste genti sulle popolazioni locali? Le analisi genetiche possono confermare per esempio la presenza nelle tombe di individui nati altrove? Con queste domande Valentina Coia sta interrogando decine di gigabite di dati genetici. Ma prima di tirare conclusioni, deve ancora faticare: “Vogliamo raccogliere i dati di circa 120 individui e mi mancano da campionare almeno una trentina di scheletri, soprattutto dalle valli orientali”. E, senza accorgersene, si massaggia il braccio.
Lo studio BioArchEM
Coordinato da Valentina Coia, un team multidisciplinare dell’Istituto per lo studio delle mummie di Eurac Research sta analizzando, in collaborazione con l’Ufficio beni archeologici della Provincia autonoma di Bolzano, i resti di centinaia di scheletri umani rinvenuti in 12 siti archeologici in val Isarco, val Pusteria, val Venosta e nei pressi di Merano. I resti risalgono a un periodo che va dal 400 al 1000 D.C. Finora gli antropologi hanno ricostruito i resti di 165 individui e ne hanno determinato il profilo biologico, il sesso e l’età al momento della morte. Selezionano inoltre campioni di ossa per l’analisi molecolare del DNA antico. Le analisi antropologiche e genetiche sono integrate con analisi di alcuni isotopi, svolte in collaborazione con l’Università svizzera di Berna. Queste analisi svolte sui campioni di resti umani e animali ricostruiscono le abitudini alimentari degli individui e contribuiscono a chiarirne l’origine. L’obiettivo dello studio BioArchEM è quello di stabilire le relazioni genetiche tra i gruppi che vivevano in diverse valli durante l’alto medioevo. Lo studio è finanziato dalla Provincia autonoma di Bolzano nella cornice della legge 14 per la promozione delle attività di ricerca e di innovazione.
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