В июле 2006 года Институт эволюционной антропологии имени Макса Планка в Германии и компания 454 Life Sciences в США объявили о начале работы по секвенированию полного генома неандертальца.
В 1997 году смогли получить митохондриальную ДНК из плечевой кости типового образца Neanderthal 1 (Feldhofer 1) — первого в истории образца мтДНК неандертальцаMatthias Krings u. a.: Neandertal DNA Sequences and the Origin of Modern Humans. In: Cell. Band 90, Nr. 1, 1997, S. 19-30, doi:10.1016/S0092-8674(00)80310-4.
Геном неандертальца по размеру близок к геному современного человека. Предварительные результаты показывают, что ДНК современного человека и неандертальца идентичны приблизительно на 99,5 %. Исследователи извлекли ископаемую ДНК неандертальца из кости бедра скелета неандертальца 38 000-летней давности из пещеры Виндия в Хорватии, а также из других костей, найденных в Испании, России и Германии. Используя последовательности митохондриальной ДНК шимпанзе и человека в качестве опорных точек, учёные рассчитали: дата расхождения между мтДНК современного человека и неандертальца составляет 660 000 ± 140 000 лет.
Для секвенирования генома неандертальца требовалось приблизительно 500 мг образцов костной ткани. Работа по проекту оказалась сопряжена со многими трудностями, включая загрязнение образцов бактериями и людьми, которые манипулировали костями на раскопках и в лаборатории. Было отобрано только шесть образцов кости от пяти неандертальских особей, происходящих с четырёх стоянок: образцы Vindija 33.25 и Vindija 33.16 (возраст ~44 тыс. л. н.) из пещеры Виндия (Хорватия), образцы двух неандертальцев Feldhofer 1 (Neanderthal 1) и Feldhofer 2 (возраст ~40 тыс. л. н.) из грота (Германия), образец Sidron 1253 (возраст ~49 тыс. л. н.) из пещеры Эль-Сидрон (Испания) и образец Mezmaiskaya 1 (возраст 60-70 тыс. л. н.) из пещеры Мезмайская (Россия). Более 99 % генетических данных дал образец Vindija 33.16 из пещеры Виндия. Чтобы проверить, являются ли полученные последовательности нуклеотидов из этого образца типичными для неандертальца, исследователи проанализировали несколько миллионов пар нуклеотидов из других образцов неандертальцев. Наибольшее количество сравнительного генетического материала дали образец из Мезмайской пещеры (20 миллионов пар нуклеотидов), образец из пещеры Эль-Сидрон (5 миллионов пар нуклеотидов), образцы из грота Фельдхофер (два миллиона пар нуклеотидов).
Сравнение митохондриальной ДНК, извлечённой в 2007 году из левой бедренной кости неандертальской девочки из пещеры Тешик-Таш, с мтДНК из костей из пещеры Окладникова и из тринадцати костей европейских неандертальцев показало сходство митохондриальной ДНК сибирских и европейских неандертальцевJohannes Krause et al. Neanderthals in central Asia and Siberia // Nature, 30 September 2007 (ResearchGate , Academia.edu )Александр Марков. Палеогенетические данные расширили ареал неандертальцев на 2000 км на восток , 09.10.2007Харитонов В. М. Находки ископаемых гоминид на территории Восточной Европы и сопредельных регионов Азии (Часть 1) .
В феврале 2009 года группа генетиков под руководством Сванте Паабо объявила о завершении первого проекта по расшифровке генома неандертальца. Было прочитано 3,7 миллиарда пар нуклеотидов — больше, чем всего в геноме (3,2 миллиарда пар нуклеотидов), так как некоторые участки неандертальской ДНК были прочитаны в нескольких копиях. В реальности удалось расшифровать лишь 63 % неандертальского генома (два миллиарда пар нуклеотидов, если исключить повторяющиеся фрагменты), а оставшиеся 37 % его длины (1,2 миллиарда пар нуклеотидов) ещё не были выявленыДороничев В. Б., Голованова Л. В. Неандертальцы в свете данных генетики // Пятая кубанская археологическая конференция, 5—10 октября 2009 (ResearchGate ). Данные первого чернового прочтения показали, например, что разница между геномами современного человека и неандертальца составляет около 12,8 % разницы между геномами человека и шимпанзе. Отсутствие в геноме неандертальца гена Lct говорит о том, что неандертальцы не могли усваивать лактозу. Статья с результатами расшифровки неандертальского генома с покрытием 1,3x из образцов Vi33.16, Vi33.25 и Vi33.26 из пещеры Виндия была опубликована в журнале «Science» в 2010 году. Предполагая, что средняя дивергенция ДНК между геномами человека и шимпанзе составляет 6,5 млн лет назад, была получена приблизительная оценка времени дивергенции неандертальских и современных человеческих аутосомных последовательностей ДНК в лет назадRichard E. Green, Johannes Krause, Adrian W. Briggs, Tomislav Maricic, Udo Stenzel. A Draft Sequence of the Neandertal Genome // Science 07 May 2010: Vol. 328, Issue 5979, pp. 710—722..
Дальнейшие исследования обнаружили пять генов, связанных с функциями кожи, мыслительной деятельностью и энергетическим обменом, которые существуют у современного человека и не были найдены у неандертальца и чьи изменения носят явно адаптивный характер.
В декабре 2013 года в «Nature» была опубликована статья о первом геноме неандертальца с высоким охватом. Генетический материал из проксимальной фаланги четвёртого или пятого пальца стопы взрослой неандертальской женщины Denisova 5 («Altai Neandertal») из Денисовой пещеры из слоя 11.4 возрастом 50 тысяч лет, найденной в 2010 годуОписана в работе Mednikova M. B. A proximal pedal phalanx of a Paleolithic hominin from Denisova Cave, Altai . Archaeol. Ethnol. Anthropol. Eurasia 39, 129—138 (2011) подвергли подробному анализу, каждая позиция неандертальского генома была прочитана в среднем 50 раз. 99,9 % из 1,7 гигабаз последовательностей ДНК в геноме человека были покрыты по меньшей мере десять раз. Родители Denisova 5 были родственниками на уровне сводных братьев и сестёр. Загрязнение современной ДНК человека, оцениваемое по последовательностям митохондриальной и ядерной ДНК, составляет около 1 %Kay Prüfer et al. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains , 2013The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains (PDF). Результаты исследования полного генома неандертальца генетики выложили в открытый доступ, чтобы учёные могли свободно работать с этим материаломРасшифрованный геном неандертальца сделали общедоступным , 21 марта 2013.
Проведённые ранее исследования генома человека показали, что существует 13 вариантов аллелей, которые встречаются у европейцев значительно чаще, чем у африканцев. Из этих 13 вариантов 10 были найдены в геноме неандертальца, что стало одним из доводов в пользу скрещивания Homo sapiens с неандертальцами на территории Европы и Азии. 1-3 % генома современных неафриканцев — это гены неандертальцев, при этом европейцы несут немного меньше неандертальских генов, чем азиаты. 0,3-0,7 % неандертальских генов обнаружены в ДНК африканцев и примерно 5 % генов алтайских неандертальцев содержат в себе африканские мутации, которых нет у европейских неандертальцев. Это говорит о том, что алтайские неандертальцы скрещивались с анатомически современными людьми свыше 100 тысяч лет назадMartin Kuhlwilm et al. Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals, 2016. Секвенирование митохондриальной ДНК неандертальца из пещеры (HST), жившего 124 тыс. л. н., показало, что этот подвид неандертальцев отделился от основного ствола между и лет назад и скрещивался с Homo sapiens ещё как минимум 219 тысяч лет назадCosimo Posth et al.Deeply divergent archaic mitochondrial genome provides lower time boundary for African gene flow into Neanderthals , 04 July 2017. Ядерные геномы ранних неандертальцев из германской пещеры Холенштайн-Штадель и из бельгийской пещеры Складина (120 тыс. л. н.) более тесно связаны с геномами последних неандертальцев, которые жили в Западной Европе на 80 тысяч лет позже, чем с геномами своих современников-неандертальцев, живших тогда в Сибири. Кроме того, особи HST и Scladina также ближе к неандертальцам, которые позже заняли Алтайский край, мигрировав в Сибирь между и лет назадStéphane Peyrégne et al. Analysis of Nuclear DNA Sequences from the Neandertals of Hohlenstein-Stadel and Scladina Caves // European Society for the study of Human Evolution (ESHE) 9th Annual Meetingю Liège, Belgium, 19th-21st September, 2019. В отличие от ядерного генома, митохондриальный геном неандертальца из пещеры Холенштайн-Штадель имеет 70 мутаций, которые отличают его от мтДНК других ранних неандертальцевStéphane Peyrégne et al. Nuclear DNA from two early Neandertals reveals 80,000 years of genetic continuity in Europe , 2019. Неандерталка Gibraltar 1 из пещеры (Гибралтар) генетически более похожа на неандертальцев возрастом 120 тыс. л. н. из пещеры Складина в Бельгии (Scladina I-4A), Холенштайн-Штаделя в Германии и на неандертальца Mezmaiskaya 1 из пещеры Мезмайская (Россия), чем на позднего неандертальца возрастом 49 тысяч лет назад El Sidrón 1253 из пещеры Эль-Сидрон на севере Испании и других поздних неандертальцев из Европы и Западной Азии. Геномы неандертальцев Gibraltar 1, Vindija 33.19 (пещера Виндия в Хорватии) и Chagyrskaya 8 (Чагырская пещера в России) ближе друг к другу нежели к геному неандертальца Altai Neanderthal из Денисовой пещеры в России. Так же учёным удалось секвенировать древнюю ДНК из останков мальчика Gibraltar 2Lukas Bokelmann et al. A genetic analysis of the Gibraltar Neanderthals , 2019. Исследование генома чагырского неандертальца Chagyrskaya 8 с двадцатисемикратным покрытием показало, что сибирские неандертальцы жили в относительно изолированных популяциях, насчитывавших менее 60 особей, тогда как неандертальцы из Европы, денисовец из Денисовой пещеры и древние Homo sapiens, по-видимому, жили в популяциях более крупных размеровFabrizio Mafessoni et al. A high-coverage Neandertal genome from Chagyrskaya Cave, 2020.
Из осадочных отложений в Восточной галерее Денисовой пещеры генетики смогли выделить неандертальскую и денисовскую мтДНК, при этом следы ДНК неандертальцев и денисовцев нашли в слоях № 14 и № 15, что указывает на совместное существование в пещере этих двух видов в течение долгого времени. Также неандертальская мтДНК была обнаружена в отложениях бельгийской локации Trou al’Wesse, пещер Чагырская, Эль-СидронИсследование ДНК древних людей стало возможным без самих останков , 28 апреля 2017.