Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 98: «мозг неандертальца» вырастили в пробирке

24.06.2018

Ученые воспользовались технологией выращивания органоидов и внесли в ДНК стволовых клеток, которые стали основой имитации коры головного мозга, мутацию из генома неандертальца, расшифрованного около десяти лет назад. Такая манипуляция позволила пронаблюдать за тем, как развивался мозг наших предков, и оказалось, что его форма и конструкция нейронных связей весьма отличаются от таковых у современных людей. Авторы рассказали о своей работе на конференцииImagination and Human Origins, однако подробности доклада настолько заинтересовали всех, что они были  опубликованы в редакционной заметке журнала Science.

Credit: J. Cohen / Science

Человечество впервые узнало, какие особенности в себе таит геном неандертальца, в 2009 году, когда международная группа генетиков под руководством Сванте Паабо объявила об окончании проекта по его расшифровке, который начался в 2006 году. Ученые прочитали 3,7 миллионов пар нуклеотидов ДНК, взятой из фаланги пальца взрослой неандертальской женщины возрастом 50 тысяч лет, который нашли в Денисовой пещере. С тех пор исследователи пытаются выяснить, какие биохимические, молекулярные и гистологические детали жизнедеятельности могли обуславливать те или иные особенности генома предков человека.

Понятное дело, что мозг, как самый сложный и один из наиболее интересных с точки зрения эволюции органов, сильно интересовал ученых. Технологии редактирования генома, а также выращивания в чашке Петри из плюрипотентных клеток любые органоиды, в том числе участки мозговой ткани, предоставили возможность исследователям увидеть своими глазами, как в процессе развития видоизменяется мозг с частично неандертальским вариантом генома, и что происходит на микроструктурном уровне.

С помощью системы CRISPR/Cas9 научная группа под руководством Алиссона Мюотри (Alysson Muotri) внесла изменения в единственный ген NOVA1 ДНК фибробластов (из 200 функционально значимых), которые затем «переформатировали» в стволовые клетки и заставили с помощью «коктейля» из ростовых факторов дифференцироваться в нейроны. Продукт этого гена – белок, который контролирует процесс созревания РНК (сплайсинг), следовательно, его видоизменение могло привести и к перестройке целого пула других белков, подконтрольных матричным РНК.

На верхнем изображении органоиды, которые получились из клеток современного человека, на нижнем – с мутацией неандертальца. Credit: Alysson Muotri

Получившиеся из таких клеток органоиды, которые росли в течение нескольких месяцев, несколько отличались по форме от органоидов из клеток современного человека. Они, по словам ученых, казались сморщенными и похожими на «попкорн», тогда как контрольные органоиды имели ровные округлые очертания. Изменения прослеживались и на микроструктурном уровне: клетки в неандероидах (так исследователи назвали органоиды с неандертальской мутацией) мигрировали быстрее, строили со своими «соседями» меньше количество связей, напоминая то, как выглядят нейронные сети в мозге детей с аутизмом.

Тем не менее, Сванте Паэбо, сейчас уже директор Института эволюционной антропологии им. Макса Планка в Лейпциге, Германия, отнесся к результатам опыта скептично, потому что невозможно предсказать, какие генетические различия «функционально релевантны». К тому же органоид крайне слабо отражает реакции, которые происходят в мозге взрослого человека, да и случайные мутации в процессе его роста не исключены. Однако, его научная группа также начала подобные эксперименты, и только в большом количестве информации и повторяющихся опытов, по его мнению, найдется некая истина.

Текст: Анна Хоружая

Exclusive: Neanderthal ‘minibrains’ grown in dish

Jon Cohen

Science. Jun. 20, 2018

Posted in:

doi:10.1126/science.aau5384

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.