Ученые создают «мини-мозг» из ДНК неандертальцев, видят различия в том, как выглядят нейроны

«Мини-мозг», созданный в лаборатории исследователями из Бразилии и США, содержит в ДНК их нейронов небольшую часть генетического материала, существовавшего у вымерших человеческих видов, таких как неандертальцы. Это изменение вызвало значительные изменения в функционировании нервных клеток, что могло бы стать первым шагом к экспериментальному изучению различий мозга между людьми сегодня и теми, кто им близок в прошлом.

Работа, подготовленная бразильским биологом Алиссон Муотри, работающим в Калифорнийском университете в Сан-Диего, опубликована в выпуске на этой неделе одного из крупнейших в мире отраслевых журналов Science. Ученые из PUC-PR (Папский католический университет Параны) и UFABC (Федеральный университет ABC) в Сан-Бернарду-ду-Кампу (SP) также подписали исследование.

«Это то, что находит более глубокий отклик у людей, потому что это связано с такими близкими нам видами, и даже больше потому, что это связано с мозгом», – объясняет Александр Кихара, профессор Центра математики, исчисления и познания в UFABC и соавтор исследования. «Если бы это было сердце неандертальца, конечно, было бы какое-то отличие от нас, но это орган, который только перекачивает кровь. Мозг стоит за тем, что мы думаем и чувствуем.

«Мини-мозг», называемый корковыми органоидами, значительно упрощает моделирование динамики коры головного мозга и составляет всего несколько миллиметров в диаметре. Чтобы создать их, исследователи в первую очередь использовали генно-инженерные плюрипотентные стволовые клетки, то есть, которые могут дать начало любой ткани в организме.

Эти клетки получили архаичную версию гена под названием NOVA1. Эта часть ДНК человека содержит рецепт производства белка, который регулирует то, как другие гены «читаются» клетками – один и тот же участок ДНК может считываться по-разному, что имеет важные последствия для организации человеческого тела. Ген NOVA1 играет эту роль именно в случае генов, имеющих ключевое значение для развития нейронов и связей между ними, что, конечно же, влияет на мозг.

Поскольку у ученых уже есть очень надежные данные ДНК неандертальцев и другого вымершего вида людей ледникового периода, денисовцев (родом из Сибири), они знают, что NOVA1 – один из генов, которые все еще функционально отличаются от генов современного человека и архаичных видов. Все люди, изученные сегодня, несут мутацию в NOVA1, которая отличает его от его предковой версии (см. Инфографику).

Отсюда идея внедрения архаичной формы гена в стволовые клетки человека. Эти клетки культивировали в лаборатории, чтобы превратиться в нейроны и сформировать корковые органоиды. В то же время были созданы «мини-мозги» с версией гена, присутствующей у современных людей, так что можно было сравнить развитие двух типов органоидов.

Затем между маленькими искусственными органами появились разного рода различия. Во-первых, те, которые несли архаичный ген, имели меньший диаметр и более грубую поверхность, чем те, которые образованы клетками с «чистой» ДНК современных людей. Интересно, однако, что настоящие мозги неандертальцев и денисовцев были не меньше нашего, насколько нам известно.

Кроме того, архаичные органоиды ДНК несли клетки, которые размножались меньше и с более высокими показателями апоптоза (запрограммированной гибели клеток) нейральных клеток-предшественников, то есть тех, которые дают начало нейронам, которые считаются зрелыми. Напротив, электрофизиологическая активность органоидов, то есть сообщения, передаваемые между ними электрическими импульсами, оказалась более сложной у тех, у кого была архаическая версия гена, а не у тех, кто нес Совершенно современную ДНК. .

Согласно Кихаре, одним из возможных объяснений этих парадоксальных данных является тот факт, что, насколько нам известно, у более старых человеческих видов, таких как те, что мы видим у современных приматов, нервная система развивалась быстрее, чем у людей. Точно так же органоиды с архаичным геном будут формировать сложные сети быстрее, чем органоиды с современными генами. В конечном счете, однако, это не совсем преимущество для архаиков: именно относительно медленная модель развития мозга дает Homo sapiens большую гибкость в поведении.

Конечно, это только начало труда. Одна из возможностей для изучения – это компьютерное моделирование влияния различий в связях между нейронами на познание, то есть изменит ли присутствие архаичного гена способ обработки информации вымершими людьми? В будущем также можно будет изучить влияние других генетических различий между видами.

Back to top button