Исследования эволюции мозга сталкиваются с проблемой исключительно практического характера: мозг не окаменелость, и нет никаких конкретных результатов, которые можно было бы проанализировать. Для восполнения этих пробелов группа ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовала инструмент, который редко пересекает палеоантропологию, а именно стволовые клетки: эти предшественники любого другого типа клеток могут быть использованы для создания органоидов, миниатюрных «чертежей» органов человеческого организма, обычно используемых в медицинских исследованиях.
Калифорнийская команда запрограммировала стволовые клетки для экспрессии генетического изменения, типичного для мозга неандертальца, а затем наблюдала последствия всего этого на последующем органоиде — «неандертальском» мини-мозге.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, Алиссон Р. Муотри и его коллеги каталогизировали различия между геномами некоторых современных человеческих популяций и геномов неандертальцев и денисовцев, чтобы, наконец, сосредоточиться на особенно значительном изменении развития мозга, влияющем на ген NOVA1. Измененный ген играет важную регулирующую роль, потому что он влияет на активность многих других генов во время развития нервной системы. Используя молекулярные ножницы CRISPR, ученые заставили человеческие стволовые клетки экспрессировать «неандертальскую» мутацию в рассматриваемом гене, в ответ получив органоиды мозга с некоторыми неандертальскими характеристиками — некоторыми, так как воспроизводимый является лишь одним из 61 критических генетических изменений в мозге, изначально идентифицированных.
Мозговые органоиды являются агломерациями клеток размером не больше чечевицы, далеко не похожими на настоящие мозги: например, они не содержат фундаментальных тканей, таких как поддерживающие клетки глии, и не связаны с кровеносными сосудами. Муотри и его коллеги смогли воспроизвести в этих упрощенных мозгах электрическую активность с колебательной тенденцией, с мозговыми волнами, похожими на те, которые производятся человеческими мозгами. Но это нервная деятельность без когнитивных признаков.
Органоиды «неандертализированного» мозга (слева) по сравнению с органоидами человеческого мозга (справа). Форма также заметно отличается.
Уже было обнаружено, что неандертальские органоиды сильно отличаются по внешнему виду от сапиенсов, а различия распространились на скорость пролиферации клеток, формирование синапсов (связей между нейронами) и электрическую активность мозговых связей. Электрические импульсы казались выше на ранних стадиях формирования мини-мозгов, но менее синхронизированными, чем у человеческих органоидов.
«Исследование было сосредоточено на одном гене, который отличает современного человека от наших вымерших родственников. Интересно видеть, как изменение одной пары оснований ДНК человека влияет на то, как мозг связан. В будущем мы хотим посмотреть на 60 других генов, чтобы понять, что происходит, когда каждый из них или комбинация из двух или более изменяются», — объяснил Муотри. «Возможность сравнивать современного человека с другими вымершими гомининами с использованием органоидов с древними вариантами генов составляет совершенно новую область исследований».
Источник:
