Badaczom udało się wyhodować w laboratorium minimózgi neandertalczyków. Chcieli w ten sposób poznać różnice w budowie mózgów dzielące nas od naszych dalekich krewnych oraz lepiej zrozumieć, dlaczego nasz gatunek stał się dominującym.
Dotychczas najlepszy wgląd w to, jak funkcjonowały mózgi naszych tajemniczych, wymarłych krewnych, pochodzi z analizy kształtu i objętości ich skamieniałych mózgoczaszek. Jednak z takiego badania niewiele da się wywnioskować. By to zmienić, grupa naukowców wyhodowała w laboratorium miniaturowe mózgi neandertalczyków. Może to pomóc badaczom zrozumieć, dlaczego Homo sapiens stał się dominującym gatunkiem, a Homo neanderthalensis wymarł.
Jak donosi „Science”, naukowców udało się stworzyć w laboratorium miniaturowe mózgi neandertalczyków. Dokonano tego korzystając z nowoczesnych metod pozyskiwania starożytnego DNA w połączeniu z techniką edycji genów CRISPR oraz metodami hodowli organoidów.
Organoidy to miniaturowe wersje różnych narządów hodowane z komórek macierzystych, które zachowują ich kluczowe cechy anatomiczne. Te małe, trójwymiarowe modele są nieocenioną pomocą w badaniach. Z kolei CRISPR to przełomowa i stosunkowo łatwa metoda edycji genów, dzięki której można swobodnie manipulować genami - kasować niepotrzebne fragmenty lub w dokładnie wyznaczone miejsca wklejać nowe. W ten sposób można dość swobodnie przeprojektować genom, aby wpływać na właściwości organizmów. Spektakularnym przykładem wykorzystania tej techniki była wymiana wadliwego genu w ludzkim zarodku czy zakodowanie w DNA bakterii... krótkiego filmu. a potem odczytanie tego filmu, po wydobyciu go z DNA kolejnych pokoleń bakterii.
Dzięki połączeniu tych trzech technik w laboratorium wyhodowano minimózgi neandertalczyków, które mają wielkość ziaren grochu. Poinformował o tym Alysson Muotri, genetyk z University of California, San Diego podczas konferencji „Imagination and Human Evolution” zorganizowanej na tej właśnie uczelni.
Jego zespół skupił się na jednym z około 200 genów kodujących białka, który odróżnia współczesnych ludzi od neandertalczyków. To gen NOVA1. Odgrywa on rolę we wczesnym rozwoju mózgu u współczesnych ludzi, a także jest powiązany z ryzykiem wystąpienia autyzmu i schizofrenii. Gen ten u współczesnych ludzi oraz u neandertalczyków różni się tylko jedną parą zasad w DNA.
Muotri wraz z zespołem rozpoczęli pracę od pobrania komórek skóry od "osoby neurotypowej" - osoby bez żadnych znanych wad genetycznych związanych z zaburzeniami neurologicznymi. Następnie manipulując genami przekształcili je w pluripotencjalne komórki macierzyste, czyli takie, z których może powstać każda inna komórka organizmu. Dzięki metodzie CRISPR badacze wprowadzili do ludzkiego genu NOVA1 neandertalską parę zasad.
Po kilku miesiącach hodowli powstały organoidy wyhodowane z komórek macierzystych obdarzonych DNA neandertalczyków, które badacze nazwali neanderoidami. Porównując je do współczesnych organoidów ludzkiego mózgu wytwarzanych w identycznych warunkach, zespół odkrył, że komórki neuronalne zmodyfikowanego neanderoida migrują szybciej w organizmie, gdy tworzą się struktury mózgu. Badacze powiązali to z kształtem neanderoida.
Po lewej neanderoidy, z prawej ludzkie miniaturowe mózgi. Fot. Alysson Muotri
Badacze zauważyli też pewne różnice w budowie. Neanderoid wyglądem przypominał bardziej popcorn, podczas gdy organoidy ludzkich mózgów były bardziej sferyczne. Różnice dotyczyły też sieci połączeń nerwowych. Naukowcy zauważyli, że sposób, w jaki neurony są ze sobą powiązane i jak się rozwijają, przypomina ten u osób z zaburzeniem spektrum autyzmu.
- Nie chcę, porównywać autystycznych dzieci z neandertalczykami, ale to ważna obserwacja – przyznał Muotri, który sam ma przyrodniego syna cierpiącego na autyzm. - U współczesnych ludzi tego typu zmiany są związane z wadami w rozwoju mózgu. Odzwierciedlają one problemy z socjalizacją. Jeśli uważamy, że jest to jedna z naszych zalet w porównaniu z neandertalczykami, to jest to istotne – dodał.
Zaobserwowane zmiany wskazują, że nasi dalecy krewni nie mogli się ze sobą skutecznie komunikować. Badacze uważają, że to mogło być przyczyną ich ewolucyjnego niepowodzenia. - Zaobserwowane przez nas różnice mogły wpłynąć na zdolność do socjalizacji ego gatunku – przyznał Muotri.
Hodowla neanderoidów doszła do etapu, w którym zespół mógł rejestrować sygnały elektryczne powstające w tkance nerwowej. Badacze chcą teraz podłączyć minimózgi neandertalczyków do robotów przypominających kraby i skłonić je do kontrolowania ruchu robotów.
Źródło: Science, fot. J. Cohen/Science
