Para ilmuwan berhasil mendiagnosis sindrom Down dari DNA yang terdapat dalam tulang-tulang purba tujuh bayi, yang termuda berusia 5,500 tahun. Metode mereka, yang dipublikasikan dalam jurnal Nature Communications, dapat membantu para peneliti untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana masyarakat prasejarah memperlakukan orang-orang yang menderita sindrom Down dan kondisi langka lainnya.
Sindrom Down, yang terjadi pada 1 dari 700 bayi saat ini, disebabkan oleh kelebihan salinan kromosom 21. Salinan ekstra kromosom membuat protein berlebih, yang dapat menyebabkan berbagai perubahan, termasuk kelainan jantung dan gangguan belajar.
Ilmuwan telah kesulitan untuk menelusuri sejarah kondisi ini. Saat ini, ibu-ibu yang lebih tua kemungkinan besar memiliki anak dengan kondisi ini. Namun, pada masa lalu, perempuan mungkin lebih mungkin meninggal dalam usia muda, yang mungkin membuat sindrom Down menjadi lebih langka, dan anak-anak yang lahir dengan kondisi tersebut mungkin lebih sedikit kelangsungan hidupnya tanpa operasi jantung dan perawatan medis lainnya yang memperpanjang hidup mereka saat ini.
Arkeolog dapat mengidentifikasi beberapa kondisi langka, seperti kerdilisme, dari tulang belulang saja. Namun, sindrom Down – juga dikenal sebagai trisomi 21 – merupakan penyakit yang sangat bervariasi.
Orang yang menderita dapat memiliki berbagai kombinasi gejala, dan mereka dapat memiliki bentuk yang lebih parah atau lebih ringan. Mereka dengan mata berbentuk badam yang khas akibat sindrom Down mungkin memiliki kerangka yang relatif biasa, misalnya.
Akibatnya, arkeolog sulit untuk membuat diagnosis dengan percaya diri tentang tulang-tulang purba yang menderita sindrom Down. “Anda tidak bisa mengatakan, ‘Oh, perubahan ini ada, jadi ini trisomi 21,'” kata Dr. Julia Gresky, seorang ahli antropologi di Institut Arkeologi Jerman di Berlin yang tidak terlibat dalam penelitian baru tersebut.
Sebaliknya, ini tidak sulit untuk mengidentifikasi sindrom Down secara genetik, setidaknya pada orang yang masih hidup. Dalam beberapa tahun terakhir, ahli genetika telah menguji metode mereka pada DNA purba yang terawetkan dalam tulang belulang purba.
Namun, itu menjadi tantangan karena para ilmuwan tidak dapat hanya menghitung kromosom lengkap, yang hancur setelah kematian menjadi fragmen-fragmen.
Pada tahun 2020, Lara Cassidy, seorang ahli genetika saat itu di Trinity College Dublin, dan rekan-rekannya menggunakan DNA purba untuk pertama kalinya untuk mendiagnosis seorang bayi yang menderita sindrom Down. Mereka sedang memeriksa gen dari tulang belulang yang dimakamkan dalam sebuah makam berusia 5,500 tahun di barat Irlandia. Tulang belulang seorang bayi laki-laki berusia 6 bulan mengandung jumlah DNA dari kromosom 21 yang tidak lazim tinggi.
Sejak itu, Adam Rohrlach, seorang ahli statistik saat itu di Institut Max Planck untuk Antropologi Evolusi di Leipzig, Jerman, dan rekan-rekannya telah mengembangkan metode baru untuk menemukan tanda genetik, yang dapat mereka gunakan untuk melihat cepat pada ribuan tulang.
Ide itu muncul pada Dr. Rohrlach ketika dia berbicara dengan seorang ilmuwan di institut tentang prosedur-prosedurnya untuk mencari DNA purba. Karena sekuensing DNA berkualitas tinggi sangat mahal, ternyata para peneliti sedang menyaring tulang dengan tes murah, yang disebut sekuensing tembakan, sebelum memilih beberapa untuk penyelidikan lebih lanjut.
Jika tulang masih mempertahankan DNA, tes itu menghasilkan banyak fragmen-gen kecil. Sangat sering, itu berasal dari mikroba yang tumbuh di tulang setelah kematian. Tetapi beberapa tulang juga mengandung DNA yang melekukan manusia dengan jelas, dan mereka yang memiliki persentase tinggi akan ditandai untuk pengujian tambahan.
Dr. Rohrlach mendengar bahwa institut telah menyaring hampir 10,000 tulang manusia dalam cara ini, dan hasil dari semua sekuensing tembakan disimpan dalam sebuah basis data. Dr. Rohrlach dan rekan-rekannya terpikir bahwa mereka dapat memindai basis data untuk kromosom tambahan.
“Kami pikir, ‘Tidak ada yang pernah memeriksa tipe hal semacam ini,” kata Dr. Rohrlach.
Dia dan rekan-rekannya menulis program yang mengurutkan fragmen DNA yang dipulihkan berdasarkan kromosom. Program membandingkan DNA dari setiap tulang dengan seluruh set contoh-contoh. Kemudian menunjuk ke tulang-tulang tertentu yang memiliki jumlah sequences yang tidak biasa berasal dari kromosom tertentu.
Dua hari setelah percakapan awal mereka, komputer itu telah memberikan hasil mereka. “Ternyata firasat kami benar,” kata Dr. Rohrlach, yang kini adalah dosen muda di Universitas Adelaide di Australia.
Mereka menemukan bahwa koleksi institut itu termasuk enam tulang dengan DNA tambahan dari kromosom 21 – tanda dari sindrom Down. Tiga milik bayi berusia setahun, dan tiga yang lainnya milik janin yang meninggal sebelum lahir.
Dr. Rohrlach juga melakukan tindak lanjut pada studi Dr. Cassidy tahun 2020. Dia menggunakan programnya untuk menganalisis sekuensing shotgun untuk tulang belulang dari Irlandia dan menemukan bahwa itu juga membawa kromosom 21 tambahan, mengonfirmasi diagnosis awalnya.
Selain itu, Dr. Rohrlach menemukan tulang belulang lain dengan salinan kromosom 18 tambahan. Mutasi tersebut menyebabkan kondisi yang disebut sindrom Edwards, yang biasanya menyebabkan kematian sebelum lahir. Tulang-tulang itu berasal dari janin yang meninggal pada usia 40 minggu dan mengalami deformitas yang parah.
Survey baru ini tidak memungkinkan Dr. Rohrlach dan rekan-rekannya untuk menentukan seberapa umumnya sindrom Down pada masa lalu. Banyak anak dengan kondisi tersebut mungkin meninggal sebelum dewasa, dan tulang-tulang rapuh anak-anak lebih sedikit kemungkinannya untuk dipertahankan.
“Ada begitu banyak ketidakpastian dalam pengambilan sampel, dan apa yang bisa dan tidak bisa kita temukan,” kata Dr. Rohrlach. “Saya rasa akan menjadi seorang statistikawan yang sangat berani yang akan mencoba membuat banyak hal dari angka-angka tersebut.”
Namun, Dr. Rohrlach menemukan sebagai sesuatu yang penting bahwa tiga anak dengan sindrom Down dan satu dengan sindrom Edward semuanya dimakamkan di dua kota tetangga di utara Spanyol antara 2,800 dan 2,400 tahun yang lalu.
Biasanya, orang dalam budaya itu dikremasi setelah kematian, namun anak-anak ini dikubur di dalam bangunan, kadang-kadang dengan perhiasan. “Itu anak-anak istimewa yang sedang dikubur di rumah-rumah ini, dan alasan-alasan yang kita belum pahami,” kata Dr. Rohrlach berspekulasi.
Dr. Gresky tidak menganggap bukti itu memungkinkan untuk menyingkirkan peluang sebagai gantinya untuk kelompok kasus.
“Mungkin tulang-tulangnya sangat terawetkan,” katanya. “Mungkin para arkeolog sangat baik dan terlatih dengan baik sehingga mereka mengambil semuanya. Mungkin mereka dikubur dengan cara yang membuat lebih mudah untuk menemukannya.”
Meskipun demikian, Dr. Gresky menganggap studi baru ini sebagai kemajuan yang penting. Untuk satu hal, ini dapat memungkinkan arkeolog untuk membandingkan sisa-sisa yang teridentifikasi secara genetik dengan sindrom Down dan menemukan beberapa himpunan fitur tersembunyi yang biasa pada semua tulang belulang mereka.
Dan Dr. Gresky berharap bahwa para peneliti lain akan menggunakan DNA purba untuk menerangi sejarah tersembunyi dari penyakit langka lainnya: “Anda hanya perlu mencarinya, dan Anda harus membicarakannya. Jika tidak, mereka akan tetap tidak terlihat.”