Επιστήμονες ανέπτυξαν «μίνι-εγκέφαλους» με DNA Νεάντερταλ

19:16 17/2/2021 - Πηγή: ΕΡΤ

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, δημιούργησαν μικροσκοπικούς εγκεφάλους οι οποίοι περιέχουν μια παραλλαγή γονιδίου που έφεραν οι Νεάντερταλ και οι Ντενισόβαν. Η επιστημονική ομάδα με επικεφαλής τον νευροεπιστήμονα Άλισον Μουότρι, κατασκεύασε οργανοειδή (συστάδες ιστού που μοιάζουν με εγκεφάλους) τα οποία περιέχουν το συγκεκριμένο γονίδιο και διαπίστωσε ότι παρουσιάζουν ξεχωριστές διαφορές από τα ανθρώπινα, συμπεριλαμβανομένου του μεγέθους, του σχήματος και της υφής.

Τα ευρήματα, που

δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «Science» στις 11 Φεβρουαρίου, θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν τις γενετικές οδούς που επέτρεψαν στον ανθρώπινο εγκέφαλο να εξελιχθεί.

«Είναι μια εξαιρετική μελέτη με κάποιους εξαιρετικούς ισχυρισμούς», λέει ο Γκρέι Καμπ, αναπτυξιακός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας της Ελβετίας. Η μελέτη αυτή προχωρά περεταίρω την έρευνα εξετάζοντας τις παραλλαγές γονιδίων που έχασαν οι άνθρωποι κατά την εξέλιξή τους. Ωστόσο, ο Καμπ παραμένει επιφυλακτικός σχετικά με τις επιπτώσεις των αποτελεσμάτων, καθώς λέει ότι το έργο προκαλεί περισσότερα ερωτήματα που θα απαιτήσουν κι άλλη έρευνα.

Οι άνθρωποι συνδέονται στενά με τους Νεάντερταλ και τους Ντενισόβαν καθώς περίπου το 40% του γονιδιώματος των Νεάντερταλ μπορεί να εντοπιστεί στον ανθρώπινο πληθυσμό σήμερα. Ωστόσο οι ερευνητές έχουν περιορισμένα μέσα για να μελετήσουν τους εγκεφάλους αυτών των αρχαίων προγόνων μας, καθώς ο μαλακός ιστός δεν διατηρείται καλά και οι περισσότερες μελέτες βασίζονται στην επιθεώρηση του μεγέθους και του σχήματος των απολιθωμένων κρανίων.

It’s great to see an Axion CytoView MEA plate in The New York Times.

Many congratulations again to @trujillo_cleber and Alysson Muotri at @UCSanDiego for their recent Science paper.

Read the article in the New York Times here: href="https://twitter.com/hashtag/MuotriLab?src=hash&ref_src=twsrc%5Etfw">#MuotriLab #StemCells pic.twitter.com/2lZvIElAME

— Axion BioSystems (@axionbio1) February 15, 2021

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την τεχνική επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR-Cas9 για να εισαγάγουν το γονίδιο NOVA1 σε ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα τα οποία μπορούν να εξελιχθούν σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου.

Διαπίστωσαν αμέσως ότι τα οργανοειδή που περιείχαν το NOVA1 ήταν διαφορετικά. Τα οργανοειδή του ανθρώπινου εγκεφάλου είναι συνήθως λεία και σφαιρικά, ενώ τα οργανοειδή με το αρχαίο γονίδιο είχαν τραχιές, πολύπλοκες επιφάνειες και ήταν μικρότερα. Αυτό οφείλεται πιθανώς στις διαφορές στον τρόπο ανάπτυξης και πολλαπλασιασμού των κυττάρων, λένε οι συγγραφείς.

Σύγκριση γονιδιωμάτων

Για να επιλέξουν ποιο αρχαϊκό γονίδιο θα εισάγουν στα οργανοειδή, οι ερευνητές συνέκριναν μια βάση αλληλουχιών ανθρώπινου γονιδιώματος με γονιδιώματα δύο Νεάντερταλ και ενός Ντενισόβαν. Επέλεξαν το NOVA1 το οποίο εμπλέκεται στο σχηματισμό συνάψεων του εγκεφάλου ή νευρικών συνδέσμων και σχετίζεται με νευρολογικές διαταραχές όταν μεταβάλλεται η δραστηριότητά του.

Το ανθρώπινο γονίδιο NOVA1 διαφέρει από το αρχαίο το οποίο εξακολουθεί να υπάρχει σε άλλα πρωτεύοντα, από μία μόνο βάση την οποία οι ερευνητές επεξεργάστηκαν στα βλαστικά κύτταρα χρησιμοποιώντας CRISPR-Cas9. Αυτή η διαφορά αντικαθιστά ένα μόνο αμινοξύ στην πρωτεΐνη NOVA1 που παράγεται από τα αρχαία οργανοειδή.

Οι επιστήμονες εντόπισαν διαφορές μεταξύ των οργανοειδών και σε μοριακό επίπεδο. Η ομάδα βρήκε 277 γονίδια που είχαν διαφορετική δραστηριότητα στα δυο είδη οργανοειδών. Μερικά από αυτά τα γονίδια είναι γνωστό ότι επηρεάζουν τη νευρωνική ανάπτυξη και τη συνδεσιμότητα. Ως αποτέλεσμα, τα αρχαία οργανοειδή περιείχαν διαφορετικά επίπεδα πρωτεϊνών συνάψεως και οι νευρώνες στα οργανοειδή των Νεάντερταλ αναπτύσσονταν πολύ γρηγορότερα σε σχέση με αυτούς του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Έκπληξη προκαλεί στον Γουλφγκανγκ Έναρντ, έναν εξελικτικό γενετιστή στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου στη Γερμανία, το γεγονός ότι μια τόσο μικρή γενετική διαφορά προκαλεί τόσο προφανείς αλλαγές, αλλά αμφισβητεί την θεωρία ότι η περίεργη εμφάνιση των οργανοειδών μπορεί να μας πει πολλά για τους εγκεφάλους των Νεάντερταλ.

Ο Καμπ προειδοποιεί επίσης ότι είναι απίθανο αυτά τα οργανοειδή που περιέχουν το αρχαίο γονίδιο να αντιπροσωπεύουν πλήρως τον πραγματικό ιστό του Νεάντερταλ. Αντίθετα, τα χαρακτηριστικά που παρατηρήθηκαν θα μπορούσαν να είναι το αποτέλεσμα της αλλαγής μιας σημαντικής πρωτεΐνης που υπάρχει στον άνθρωπο, λόγω των επιδράσεων πολλών μεταλλάξεων που επήλθαν με την πάροδο του χρόνου.

Σύμφωνα με τον Μουότρι, η κατανόηση της εξελικτικής πορείας των ανθρώπων, ίσως βοηθήσει τους επιστήμονες στην αντιμετώπιση των νόσων που σχετίζονται με τον ανθρώπινο εγκέφαλο.

ΠΗΓΗ: Nature

www.ert.gr