Live «mini-cervello» di neanderthal dirà che rende il nostro cervello speciale

Ha individuato il DNA delle mummie egiziane. Ha aperto денисовских di persone, una specie estinta di un uomo antico, секвенировав DNA di un piccolo frammento di osso. Ha diretto un esame di recupero del genoma dell'uomo di neanderthal e ho trovato le tracce dei loro geni, che ancora si nascondono in alcuni di noi oggi. Ora svedese genetista medico di Svante Pääbo di nuovo vuole capovolgere la paleontologia sottosopra — questa volta ha intenzione di far crescere le cellule staminali di neanderthal in piccoli органоидах del cervello in provetta.

Nei suoi piani non c'è il pieno recupero del cervello di un uomo di neanderthal in una vasca — piuttosto, si vuole utilizzare la modifica dei geni, per dare umano cellule staminali diverse varianti dei geni individuati neanderthal. Questi modificate le cellule staminali vengono poi inseriti in piccole cellule del cervello, imitando lo sviluppo del cervello del feto, in bundle con i propri vasi sanguigni, reti neurali e funzionanti le sinapsi.

Confrontando la crescita неандертализированных mini-cervelli con il cervello di un uomo, Pääbo spera di evidenziare i fattori genetici, che ci rendono così speciale.

«gli uomini di Neanderthal erano ragionevoli, come gli altri mammiferi. Non sono mai uscite in mare, se non avete visto l'altra riva», dice Pääbo. «Ma per me la domanda più grande nella storia dell'umanità, suona così: perché siamo diventati così disperati?».

la Rivoluzione del DNA

I Paleontologi a lungo chiesti, come l'evoluzione fatta incredibili nostri cervelli. Confrontando la nostra genetica con la genetica dei nostri parenti più prossimi-scimmie, genetica faticosamente hanno evidenziato una manciata di critiche di diversi geni. Ad esempio, piccole mutazioni in FOXP2, a quanto pare, sono alla base della nostra capacità di formare complessi fonemi e parole. Alcuni ritengono addirittura che FOXP2 è la chiave di vantaggio biologico, che ci regala il nostro ricco e corposo lingua.

Purtroppo, il confronto del genoma può solo identificare i geni che sono diverse le persone e le scimmie — ma come questi geni hanno plasmato la nostra lo sviluppo del cervello, questa domanda rimane senza risposta.

«Prima ci hanno limitato la visualizzazione dei dati di sequenziamento e catalogazione delle differenze in altri primati», si lamenta нейрогенетик Simon Fisher, il direttivo dell'Istituto Max Planck di psicolinguistica a Nijmegen, paesi bassi. «Siamo un po ' delusi, che lavora da tanti anni con gli strumenti tradizionali».

Ora, grazie all'incredibile tecnologia del DNA, tutto deve cambiare.

Circa trent'anni fa Pääbo ha iniziato a considerare seriamente un'idea radicale: è possibile estrarre il DNA da tessuto morto? Anche se il DNA è relativamente stabile rispetto ad altri биомолекуламии, quali proteine, comincia a disintegrarsi rapidamente dopo la morte. La famosa doppia elica, con attenzione смотанная la natura in una struttura compatta, con il passare del tempo è suddiviso in sempre più brevi frammenti. Raccogliere questi frammenti torna in uniformi della struttura risulta essere estremamente impegnativo, ma nel 1985, utilizzando i resti di 2400 anni di mummie, Pääbo dimostrato in modo convincente che è possibile realizzare.

È l'apertura spalancata la porta di paleontologia. Gli scienziati hanno smesso di essere vincolato tradizionale DNA moderni, le specie viventi; hanno un potente strumento che ti permette di tornare indietro nel tempo e studiare il DNA, perso nella storia.

Abbagliato da questo iniziale successo, Pääbo rivolto a неандертальцам, misterioso ramo di persone, estinto più di 30 000 anni fa. Nel 2016 ha pubblicato il primo genoma completo di un uomo di neanderthal, шокировав scienziati e il pubblico intrigante il risultato: da 1 a 6 per cento dei geni di neanderthal erano presenti persone provenienti da Europa, Medio Oriente ed Estremo Oriente. In altre parole, a un certo punto della storia antica i nostri antenati ballato tango orizzontale con i parte a quella cugini, e noi la diretta eredità di queste danze.

«gli uomini di Neanderthal hanno lasciato tracce di DNA di persone vivono oggi. È molto cool. L'uomo di neanderthal non si estinsero completamente», ha detto Pääbo in quel momento.

La Sua scoperta ha portato a una più ampia domanda: in che misura gli uomini di neanderthal ci parenti? Come gli uomini, questi ominidi con ampia mascella e convessa sopra un occhio arco vivevano in grotte e disegnavano sui muri, la creazione di cappelli e decorato con i loro corpi colori molto prima che piede degli uomini moderni passo per l'Europa. Tuttavia si sono estinti, e la gente ha raggiunto un miliardo di numero e si dispersero in tutto il mondo.

Confrontando i genomi, un gruppo di Pääbo ha identificato una serie di regioni, contenenti le variazioni del DNA — le modifiche che potrebbero aiutare le persone ad adattarsi. Tra di loro — genomici settore, che svolgono un ruolo nello sviluppo cognitivo.

Anche se i nostri selvaggiamente diverso il destino può essere e non sono associati con le differenze nella conoscenza, Pääbo ritiene che con questo luogo sarebbe bello iniziare. E grazie органоидам cervello ora può verificare la sua idea.

Cervello palle

Органоиды del cervello chiamato in modo diverso: cerebrali sfera, mini-cervelli, cerebrali органоиды. Per la prima volta inventato nel 2013, questi bizzarri palle o gocce del cervello sembrano essere molto inquietante. Ma poiché la loro crescita riflette lo sviluppo umano del cervello embrionale, queste perle sono diventati rapidamente il giocattolo preferito di neuroscienziati.

Ricette di produzione di onde cerebrali органоидов sono molto diversi, ma di solito loro fanno delle cellule staminali umane. Sotto l'attenta supervisione di cellule si sviluppano lentamente nel deformato pezzi di tessuto cerebrale con l'aiuto di chimicaminestra. Come reale cervello umano, la maggior parte delle gocce contengono una struttura simile a corteccia cerebrale, rugoso lo strato esterno del cervello, che organizza le funzioni cognitive di livello superiore, quali l'attenzione, il linguaggio e il pensiero.

Dopo un intervallo Di tempo sufficiente, i neuroni all'interno delle onde cerebrali palle si gonfiano di attività elettrica e si connettono alla rete neurale, e alcuni collegamenti estendere attraverso l'intero органоид. Queste onde cerebrali gocce non sono un «mini-cervello», nel senso che possono pensare o sentire, non c'è. Ma un'attenta analisi della loro composizione cellulare e l'espressione genica ha rivelato set di funzionalità neurali tipi, totale di lavoro di cui ricorda il cervello dell'embrione secondo trimestre.

In Altre parole, le palle — i candidati ideali per lo studio dello sviluppo del cervello. Fin dalla sua istituzione, sono stati utilizzati per simulare l'autismo, la schizofrenia e studiare gli effetti del virus Zeke sul cervello del feto.

E ora, grazie Pääbo, troveranno applicazione in paleontologia.

la Rinascita di neanderthal

Per ripristinare l'intero genoma neanderthal, gli scienziati hanno dovuto cambiare un milione di geni. Questo ambizioso obiettivo non è attualmente possibile anche durante l'utilizzo di sofisticati strumenti di editing del genoma, come CRISPR.

Invece di grossa modifica di tutte le неандертальских varianti in cellule staminali umane, Pääbo utilizza un approccio più sottile: introduce solo tre geni chiave che differenziano le persone e l'uomo di neanderthal, e poi monitora l'impatto di questi geni per lo sviluppo del cervello.

Questo è il metodo provato.

Un Paio di anni fa, lavorando con Виландом Хаттнером, un neuroscienziato dell'Istituto di biologia cellulare e della genetica Max Planck, la squadra ha cresciuto cerebrali органоиды, utilizzando i leucociti umani e altri primati. Gocce di cervello si è evoluto un paio di settimane, consentendo agli scienziati di confrontare e contrapporre, come propone la crescita delle cellule in diverse specie. Utilizzando vivo microscopia, gli scienziati hanno scoperto che le cellule umane diventano a volte e mezzo più lungo rispetto delle scimmie, per costruire i loro cromosomi in prima divisione in cellule figlie. E questo allungamento in qualche modo aiuta le persone a generare molto di più cellule staminali neurali, che i nostri parenti più stretti fra i primati.

Pääbo spera di trovare più simili evidenti differenze non неандертальских mini-cervelli, perché potrebbe spiegare perché gli uomini moderni hanno vinto come vista.

«il Miglior risultato sarebbe quello che le variazioni genetiche portano a più lunga o più разветвленному la crescita dei neuroni», ha detto. «Si potrebbe dire che è una base biologica per la fine, perché il nostro cervello funziona in modo diverso».

Alla fine, questo è solo l'inizio di uno studio umano unicità, che è stato possibile solo ora.