Mini-mózgi neandertalczyków wyhodowane w laboratorium

Grupie naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego udało się wyhodować w laboratorium tzw. mini-mózgi neandertalczyków. Badania nad organoidami mogą rzucić światło na przyczyny wyginięcia naszych bliskich kuzynów.

 

Neandertalczycy (Homo sapiens neanderthalensis) zamieszkiwali przede wszystkim Europę oraz Bliski Wschód 400 tysięcy lat temu, w epoce plejstocenu. Wbrew często spotykanej opinii, nie są oni naszymi przodkami, ale jego bliskimi ewolucyjnymi kuzynami. W rzeczywistości wielu naukowców uważa, że neandertalczycy stanowią podgatunek człowieka rozumnego (Homo sapiens), do którego należy również człowiek współczesny (Homo sapiens sapiens). Neandertalczycy charakteryzowali się krępą budową ciała, silnie rozwiniętą muskulaturą klatki piersiowej, ramion i barku (co czyniło ich najsilniejszymi ze współczesnych im ludzi), wałami nadoczodołowymi oraz szerokim nosem. Ludzie ci byli również blondynami o niebieskich lub szarych oczach i prawdopodobnie posługiwali się mową. Mieli też większą pojemność puszki mózgowej niż człowiek współczesny.

 

Neandertalczycy zamieszkiwali kontynent europejski przez ponad 300 tysięcy lat, jednak to człowiek współczesny dotrwał do dzisiejszych czasów, jako jedyny przedstawiciel rodzaju Homo, chociaż prawdopodobnie był słabszy i gorzej przystosowany do surowego północnego klimatu. Co więc spowodowało ich zniknięcie? Zmiana klimatu, katastrofa naturalna, choroba, a może człowiek? Naukowcy nie są co do tego zgodni. Niektórzy wysuwają hipotezy sugerujące, że neandertalczycy zostali brutalnie wyparci przez człowieka współczesnego. Inni uważają, że być może nasi kuzyni wcale nie wyginęli, a zostali „wchłonięci” przez nasz gatunek. Ich DNA wciąż obecne jest w naszym materiale genetycznym. Zagadka zniknięcia neandertalczyków pozostaje na razie nierozwiązana, jednak najnowsze badania kalifornijskich naukowców mogą rzucić trochę światła na tę sprawę.

 

Zespołowi z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego udało się wyhodować tzw. mini-mózgi neandertalczyków. Są to zminiaturyzowane i uproszczone wersje prawdziwych narządów, nazwane przez grupę badaczy neanderoidami (neandertalskimi organoidami). Jak tego dokonali?

 

Naukowcy użyli ludzkich komórek pluripotencjalnych (takich, które mogą zróżnicować się w wiele innych typów komórek), których DNA poddali edycji za pomocą metody CRISPR. Badacze wcześniej porównali materiał genetyczny neandertalczyków, pozyskany z odnalezionych kości, z ludzkim. Na tej podstawie zdecydowali się skupić swoje badania na NOVA1 – głównym regulatorze ekspresji genetycznej. Zaburzenia jego ekspresji podczas rozwoju układu nerwowego mogą mieć swój udział w powstawaniu wielu schorzeń neurologicznych, takich jak autyzm czy schizofrenia. Gen ten u neandertalczyków wykazuje znaczne podobieństwo do genu obecnego w DNA człowieka – różni się tylko jedną parą zasad azotowych (które są „literami” w kodzie genetycznym).

 

Wyhodowanie organoidów, które jest bardzo skomplikowaną procedurą, zajęło naukowcom ok. 6-8 miesięcy. W rezultacie otrzymali mini-narządy o wielkości nie przekraczającej pół centymetra, ale pozwalającej na zaobserwowanie ich gołym okiem. Mini-mózgi nie mogły osiągnąć większych rozmiarów, ponieważ nie były ukrwione (składniki dostarczane były za pomocą dyfuzji). Główny autor badań, Alysson Muotri, nie wyklucza, że w przyszłości możliwe będzie wyhodowanie organoidów o większych rozmiarach. –Pracujemy nad tym poprzez tworzenie sztucznych, wydrukowanych naczyń krwionośnych w ich wnętrzu – mówi.

 

Wyhodowane neanderoidy różnią się od ludzkich mini-mózgów. W przeciwieństwie do okrągłych organoidów, mini-narządy neandertalczyków miały wydłużone struktury, które upodabniały je kształtem do popcornu. Muotri zauważył również, że neanderoidy mają mniej połączeń synaptycznych między neuronami oraz inne sieci nerwowe, które wykazują podobieństwo do tych obecnych u osób z autyzmem. Badacze podkreślają jednak, że to jedynie podobieństwo i na razie nie wiedzą, co to oznacza, jeśli w ogóle cokolwiek oznacza. Trzeba również pamiętać o tym, że metody użyte do wyhodowania neanderoidów mają swoje ograniczenia i niekoniecznie pokazują, jak naprawdę pracują dorosłe, w pełni rozwinięte organy.

 

Niemniej jednak, wyniki eksperymentu sugerują, że neandertalczycy mogli nie rozwinąć tak skomplikowanych metod komunikacji i struktury społecznej, które funkcjonują w naszej cywilizacji ze względu na słabsze połączenia nerwowe. Być może to jest przyczyną ich zniknięcia.

 

Naukowcy planują dalej rozwijać swoje badania i połączyć neanderoidy z robotami, które mają zdolność odczytywania impulsów elektrycznych. Muotri ma nadzieję, że to pomoże im ocenić możliwości poznawcze neandertalczyków.

 

- Dzięki systematycznej kontynuacji badań nad organoidami poznamy, jakie zmiany genetyczne czynią nas ludźmi i dlaczego są pozytywnie selekcjonowane – dodaje Muotri.