وجد العلماء أن جينات الإنسان البدائي يمكن أن تغير مجموعات أنسجة المخ البشري

أليسون موتري ، الأستاذ في كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في سان دييجو ، وفريقه ابتكروا عضيات دماغية معدلة وراثيًا لتحمل الجين الذي ينتمي إلى إنسان نياندرتال وليس الإنسان العاقل.

 
لا يتم حفظ الأدمغة في سجل الحفريات ، مما يجعل من المستحيل معرفة كيف تختلف أدمغة الإنسان الحديث عن أسلافنا الذين انقرضوا منذ فترة طويلة ، إنسان نياندرتال.

نعلم من الجماجم المتحجرة أن أدمغتهم كانت كبيرة - أكبر قليلاً من أدمغتنا ، في الواقع - لكنها تخبرنا القليل عن علم الأعصاب وتطورها.

توصل علماء من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو إلى طريقة مثيرة واستفزازية للبدء في الإجابة على هذا السؤال. لقد أنشأوا كتلًا من أنسجة المخ المعدلة وراثيًا لتحمل الجين الذي ينتمي إلى إنسان نياندرتال وأشباه البشر البالية الأخرى ولكن ليس الإنسان العاقل.

بينما لا يزال البحث في مرحلة مبكرة جدًا ، وجد الباحثون أن عضيات دماغ إنسان نياندرتال قد أحدثت تغييرات مهمة في كيفية تنظيم الدماغ وتوصيله.

قال أليسون موتري ، الأستاذ ومدير برنامج الخلايا الجذعية في معهد الطب الجيني التابع لكلية الطب بجامعة كاليفورنيا سان دييجو: "السؤال هنا هو ما الذي يجعلنا بشرًا".

"لماذا تختلف أدمغتنا عن الأنواع الأخرى بما في ذلك أقاربنا المنقرضون؟"

علم الآثار العصبية

موتري ، الذي أمضى حتى الآن ثماني سنوات في المشروع ، يسمي عمله "علم الآثار العصبية".

"عندما تجد قطعة من العظم أو (الفحم) وتحاول إعادة بناء الطريقة التي يعيش بها ذلك المجتمع ، وماذا كانوا يفعلون ، وكيف يرتبطون ببعضهم البعض - فأنت تحاول فهم العقل. ونحن نفعل الشيء نفسه في مجال الجينات مستوى."

يجمع العمل بين ثلاثة مجالات علمية متطورة: تسلسل الحمض النووي القديم ، وتحرير الجينات بتقنية كريسبر والعضوية. العضيات هي أعضاء مصغرة مصنوعة من الخلايا الجذعية للأفراد - لقد سمحت للطب باختبار الأدوية بأمان خارج الجسم ، وإضفاء الطابع الشخصي على مجالات الابتكار الطبي مثل علاج السرطان.

تبدو عضيات دماغ الإنسان البدائي (يسارًا) مختلفة تمامًا عن عضيات الدماغ البشري الحديث (على اليمين) - لها شكل مميز ، وتختلف في طريقة تكاثر خلاياها وكيفية تشكل المشابك.

قال موتري إن عضيات دماغ الإنسان البدائي كانت على شكل "فشار" مقارنة بالشكل الأكثر استدارة وحتى للشكل البشري الحديث. لاحظ فريقه أيضًا أن الخلايا العصبية في العضيات تنضج بشكل أسرع من الخلايا البشرية الحديثة.

"الخلايا العصبية في النسخة القديمة للعضويات ، نرى نشاطًا في المراحل المبكرة جدًا أكثر من الإنسان الحديث. لم نكن نتوقع ذلك بالتأكيد."

قال إنه لاحظ نشاطًا مشابهًا في عمله السابق على عضيات الشمبانزي.

"يمكن لطفل الشمبانزي أن يتفوق بذكاء على مولود بشري جديد. نحن بحاجة إلى وقت لرعاية أطفالنا حتى يصبحوا مستقلين. لا نرى ذلك في الأنواع الأخرى. أعتقد أن ما نراه هنا هو شيء مشابه."

ومع ذلك ، شدد موتري على أن هذا كان تخمينيًا. العضيات هي طريق طويل من العقول الحقيقية. أولاً ، يفتقرون إلى الاتصالات بالأعضاء الأخرى.

وقال "لا نعرف كيف سيتصرف الدماغ البشري الذي يحمل هذه النسخ القديمة". "كل هذه الاختلافات التي نراها في المراحل المبكرة يمكن أن تختفي لأن الدماغ لديه طرق للتعويض."

"لكننا نعلم أن التغيرات الدقيقة المبكرة جدًا في نمو الدماغ يمكن أن تؤدي إلى عواقب على الدماغ البالغ. خذ الجينات المتورطة في التوحد ، على سبيل المثال."

تحرير الجينات بمواد قديمة

نحن نعلم الآن أن الكثير منا هم جزء صغير من إنسان نياندرتال ، حيث يحمل الحمض النووي آثارًا لمواجهات سابقة بين البشر الحديثين الأوائل وإنسان نياندرتال ، الذين سكنوا أوروبا وأجزاء من آسيا حتى حوالي 40 ألف عام.

ظهر الدليل على أن البشر الأوائل تزاوجوا مع إنسان نياندرتال في عام 2010 بعد أن ابتكر العلماء بقيادة عالم الوراثة Svante Pääbo طرقًا لاستخراج وتسلسل وتحليل الحمض النووي القديم من عظام إنسان نياندرتال ورسم خريطة الجينوم بالتفصيل. بعض البشر ، خاصة في آسيا ، لديهم أيضًا إرث وراثي من إنسان دينيسوفان ، وهي مجموعة أخرى أكثر غموضًا من البشر القدماء.

قارن فريق UCSD أولاً جينومات إنسان نياندرتال ودينيسوفان والسكان البشريين الحديثين لتحديد المتغيرات الجينية التي لم تتم مشاركتها مع أبناء عمومتنا المقربين.

وقال موتري: "سألنا ما الذي يميزنا؟ انتهى بنا الأمر بـ 61 جينًا فقط من الجينات المشفرة للبروتين تختلف بين البشر المعاصرين والبشر القدماء".

اختار الفريق التركيز على الجين المعروف باسم NOVA1 لأنه يعتبر "منظمًا رئيسيًا" للجينات الأخرى التي تؤثر على التطور العصبي المبكر في الإنسان الحديث. وقال إن التعديلات في هذا الجين تم ربطها بالاضطرابات العقلية مثل الفصام والتوحد.

بعد ذلك ، استخدم العلماء تقنية كريسبر لتعديل الجينات ، والتي فازت بجائزة نوبل للكيمياء في عام 2020 ، لمبادلة الجين الحديث NOVA1 بالنسخة القديمة في الخلايا الجذعية البشرية واستمالة الخلايا الجذعية لتنمو لتصبح عضويات.

قال جرايسون كامب ، الأستاذ المساعد في جامعة بازل في سويسرا ، والذي لم يشارك في البحث: "إنها مجموعة صعبة للغاية من التجارب".

"من الصعب السيطرة على الكائنات العضوية. إذا كان لديهم كل الضوابط الموجودة هناك ، يمكن للمرء أن يعتقد أن هذا التغيير في الأحماض الأمينية له تأثير قوي على نمو الدماغ. وهو أمر غير عادي."

لا يوجد متغير سحري يجعلنا بشر

مثل هذا البحث الجريء يأتي بطبيعة الحال مع المحاذير.

قال توني كابرا ، الأستاذ المشارك في علم الأوبئة والإحصاء الحيوي في معهد باكار لعلوم الصحة الحاسوبية في الجامعة ، إن تحرير الجينات ليس عملية مثالية ، وإدخال جين قديم في الخلايا البشرية لا يعيد إنتاج ما كان عليه جينوم الإنسان البدائي في الواقع. كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو.

وقال عبر البريد الإلكتروني: "من الصعب أن نقول إن نتائج الإنسان البدائي المتنوع تعكس بالضرورة كيفية تطور أدمغة إنسان نياندرتال". لم يشارك كابرا في الدراسة.

"يتم تقييم هذا التغيير في سياق الجينوم البشري ، لذا فإن البديل القديم موجود على خلفية وراثية لا تعكس ما كان عليه جينوم الإنسان البدائي."

ومع ذلك ، كان كابرا متحمسًا للبحث الذي نُشر يوم الخميس في مجلة Science. ومع ذلك ، حذر من أنه "لا ينبغي أن نتوقع أن يكون هناك متغير سحري واحد جعلنا بشرًا.

قال كابرا: "معظم الصفات التي تجعلنا بشرًا حديثين مقارنة بإنسان نياندرتال (أو حتى الشمبانزي) معقدة للغاية". "تساهم آلاف الأجزاء من جينومنا في النمو العصبي والإدراك."

وأضاف: "الكائنات العضوية مثيرة لأنها تمكننا من اختبار المتغيرات في ظروف أكثر تعقيدًا من الخلايا المفردة ، لكننا سنحتاج في النهاية إلى" إنسان نياندرتالي "العضوي بالكامل".

بعد ذلك ، يريد موتري أن يلقي نظرة على الـ 60 جينًا الأخرى التي حددها الفريق ، مع تعديلها بمفردها أو مجتمعة. للقيام بذلك ، أنشأ مختبرًا جديدًا يسمى UC San Diego Archealization Center.

أشارت الاكتشافات الأثرية الحديثة إلى أن إنسان نياندرتال يتمتع بالعديد من القدرات المعرفية نفسها التي يتمتع بها الإنسان الحديث الأوائل ، لكن مثل الحفريات والآثار الحجرية ، من غير المحتمل أن يكون علم الآثار العصبية قادرًا على تقديم إجابات محددة ، كما قال كابرا.

وقال: "لن نتمكن أبدًا من إعادة إنشاء السياق البيئي والاجتماعي الذي عاش فيه هؤلاء الأفراد أو حدثت هذه الأحداث. البيئة ضرورية جدًا لتشكيل كيفية تعبير الجينوم عن أنفسهم لدرجة أننا سنضطر دائمًا إلى التكهن".

"بعد قولي هذا ، أعتقد أننا سنتعلم الكثير من العظام والجينوم خلال السنوات القادمة."