A izolat ADN-ul de mumiile egiptene. El a descoperit Denisovanii, o specie extinsă a omului antic, prin secvențierea ADN-ului dintr-o mică bucată de os. El a condus un studiu de amploare pentru a reconstrui genomul Neanderthal - și a găsit urme ale genelor lor care mai pândesc în unele dintre noi astăzi. Acum, geneticianul suedez Dr. Svante Paabo vrea să întoarcă din nou paleontologia - de data aceasta intenționează să crească celule stem neandertale în organoizi mici ai creierului într-o eprubetă.
El nu intenționează să restaureze complet creierul neanderthal într-o cuvă - mai degrabă, el vrea să utilizeze editarea genelor pentru a oferi celulelor stem umane mai multe variante de gene găsite în neanderthali. Aceste celule stem editate sunt apoi plasate în celule mici ale creierului care imită dezvoltarea creierului fetal, completate cu propriile vase de sânge, rețele neuronale și sinapsele funcționale.
Comparând creșterea mini-creierelor neandertalizate cu cea a unui om, Paabo speră să evidențieze factorii genetici care ne fac atât de speciali.
„Neanderthalii erau inteligenți ca și alte mamifere. Nu au ieșit în ocean decât dacă au văzut celălalt mal”, spune Paabo. „Dar pentru mine cea mai mare întrebare din istoria omenirii este: de ce am devenit atât de disperați?”
Revoluția DNA
Paleontologii s-au întrebat de mult cum evoluția ne-a orbit creierul uimitor. Comparând genetica noastră cu cea a celor mai apropiați veri ai noștri ape, geneticienii au izolat cu atenție o mână de gene diferite. De exemplu, mutațiile mici din FOXP2 par să stea la baza capacității noastre de a forma foneme și cuvinte complexe. Unii chiar cred că FOXP2 este un beneficiu cheie biologic pe care ni-l oferă limba noastră bogată, bogată.
Din păcate, compararea genomelor poate dezvălui doar gene care diferă între oameni și maimuțe - dar modul în care aceste gene au conturat dezvoltarea creierului nostru rămâne fără răspuns.
Video promotional:
„În trecut, ne-am limitat doar să analizăm secvențializarea datelor și catalogarea diferențelor la alte primate”, se lamentează neurogeneticistul Simon Fischer, care conduce Institutul Max Planck pentru Psihingingistică din Nijmegen, Olanda. "Am fost un pic dezamăgiți după ce am lucrat cu instrumente tradiționale atât de mulți ani."
Acum, datorită tehnologiei ADN uimitoare, totul este pe cale să se schimbe.
Cu aproximativ treizeci de ani în urmă, Paabo a început să ia în serios o idee radicală: ADN-ul poate fi extras din țesutul mort? Deși ADN-ul este relativ stabil în comparație cu alte biomolecule precum proteinele, acesta începe să se descompună rapid după moarte. Faimoasa helix dublă, înfășurată cu atenție de natură în structuri compacte, se rupe în fragmente mai scurte și mai scurte. Refacerea acestor fragmente în structuri coerente se dovedește a fi extrem de dificilă, însă în 1985, folosind rămășițele unei mumii în vârstă de 2.400 de ani, Paabo a arătat convingător că acest lucru ar putea fi realizat.
Această descoperire a arătat ușile paleontologiei. Oamenii de știință nu mai sunt legați de ADN-ul tradițional al speciilor moderne, vii; acum au un instrument puternic pentru a merge înapoi în timp și a explora ADN-ul pierdut în istorie.
Orbit de acest succes inițial, Paabo s-a îndreptat către Neanderthals, o ramură misterioasă a oamenilor care a dispărut acum mai mult de 30.000 de ani. În 2016, el a publicat primul genom complet al neanderthalilor, oamenii de știință șocați și publicul cu un rezultat intrigant: 1 până la 6 la sută din genele neandertale au fost prezente la oameni din Europa, Orientul Mijlociu și Orientul Îndepărtat. Cu alte cuvinte, la un moment dat în istoria antică, strămoșii noștri au dansat tango orizontal cu verii lor neandertali și suntem o moștenire directă a acestor dansuri.
„Neanderthalii au lăsat amprenta asupra ADN-ului oamenilor care trăiesc astăzi. Este foarte fain. Neanderthalii nu s-au stins complet”, a spus Paabo la acea vreme.
Descoperirea lui a dus la o întrebare mai amplă: În ce măsură neanderthalii sunt în legătură cu noi? La fel ca oamenii moderni, acești hominizi cu maxilare lățime, cu o creier proeminentă, trăiau în peșteri și pictați pe pereți, au făcut pălării și și-au decorat corpurile cu flori cu mult înainte ca oamenii moderni să pună piciorul în Europa. Cu toate acestea, au dispărut, iar oamenii au ajuns la un miliard și s-au împrăștiat pe tot globul.
Prin compararea genomilor noștri, echipa lui Paabo a identificat mai multe regiuni care conțin variații ADN - modificări care ar putea ajuta oamenii să se adapteze. Printre ele se numără regiunile genomice care joacă un rol în dezvoltarea cognitivă.
În timp ce destinele noastre sălbatic diferite nu pot fi în totalitate legate de diferențele de cunoaștere, Paabo crede că acesta este un loc bun pentru a începe. Și datorită organelelor creierului, el își poate testa acum ideea.
Bile de creier
Organoidele creierului se numesc diferit: sfere cerebrale, mini-creiere, organele cerebrale. Inventate prima dată în 2013, aceste bile bizare sau picături de creier arată destul de înfiorătoare. Dar, deoarece creșterea lor reflectă dezvoltarea creierului embrionar uman, aceste bile au devenit rapid o jucărie preferată pentru neuroștiințieni.
Există multe rețete diferite pentru a face organele creierului, dar sunt de obicei făcute din celule stem umane. Sub o supraveghere atentă, celulele se dezvoltă lent în bucăți deformate de țesut cerebral folosind o supă chimică. Similar cu creierul uman real, majoritatea picăturilor conțin o structură similară cu cortexul cerebral, stratul exterior ridicat al creierului care organizează funcții cognitive la nivel superior, cum ar fi atenția, limbajul și gândirea.
După o perioadă suficientă de timp, neuronii din bilele cerebrale sunt umplute cu activitate electrică și se conectează la rețelele neuronale, cu unele conexiuni care se întind prin întregul organoid. Aceste picături cerebrale nu sunt „mini-creiere”, în sensul că pot gândi sau simți, nu. Dar o analiză atentă a compoziției lor celulare și a expresiei genice a relevat un set de tipuri funcționale neuronale, al căror lucru combinat seamănă cu creierul unui embrion al doilea trimestru.
Cu alte cuvinte, bile cerebrale sunt candidații ideali pentru studierea dezvoltării creierului. Încă de la înființare, au fost folosiți pentru a imita autismul, schizofrenia și studiul efectelor virusului Zika asupra creierului fetal.
Și acum, datorită lui Paabo, vor găsi aplicații în paleontologie.
Renașterea neanderthalilor
Pentru a restabili întregul genom Neanderthal, oamenii de știință ar trebui să schimbe un milion de gene. Acest obiectiv ambițios nu este în prezent posibil chiar și cu instrumente sofisticate de editare a genomului precum CRISPR
În loc să editeze aproximativ toate variantele de Neanderthal în celulele stem umane, Paabo adoptă o abordare mai subtilă: el introduce doar trei gene cheie care diferă între oameni și neanderthali, apoi urmărește efectele acestor gene asupra dezvoltării creierului.
Aceasta este o metodă dovedită.
Cu câțiva ani în urmă, lucrând cu Wieland Hattner, un neurolog în cadrul Institutului Max Planck pentru Biologie și Genetică Celulară Moleculară, echipa a crescut organele creierului folosind leucocite de la oameni și alte primate. Picăturile creierului au evoluat de-a lungul mai multor săptămâni, permițând oamenilor de știință să compare și să contrasteze cum diferă creșterea celulară între specii. Folosind microscopie vie, oamenii de știință au descoperit că celulele umane devin de o dată și jumătate mai lungi decât maimuțele pentru a-și alinia cromozomii înainte de a se împărți în celulele fiice. Și această prelungire ajută, într-un fel, oamenii să genereze mult mai multe celule stem neurale decât rudele noastre primate mai apropiate.
Paabo speră să găsească mai multe dintre aceste diferențe izbitoare în mini-creierul neanderthal, deoarece ar putea explica de ce oamenii umani moderni au cucerit ca specie.
„Cel mai bun rezultat ar fi că modificările genetice duc la o creștere neuronală mai lungă sau mai ramificată”, spune el. "Ai putea spune că aceasta este baza biologică pentru care creierul nostru funcționează diferit."
Până la urmă, acesta este doar începutul studiului unicității umane, care a devenit posibil abia acum.
Ilya Khel
