Live "mini-hjärna" av Neandertalarna kommer att berätta som gör att vår hjärna särskilda

Han hittat DNA från Egyptiska mumier. Han öppnade Denisovskoe människor, en utdöd art av forntida människan, sekvenirovanie DNA från små ben fragment. Han lett en stor studie om återhämtning av genomet av neanderthalmänniskan och hittat spår av deras gener är fortfarande gömmer sig i några av oss i dag. Nu, svenska genetikern Dr Svante Paabo vill göra paleontologi upp och ner — den här gången har han planer på att odla stamceller från Neandertalare i en liten organeller av hjärnan in vitro.

Han planerar ingen fullständig återhämtning av Neandertalare hjärnan i ett MOMS — eller snarare att han vill använda genen redigering för att ge de mänskliga stamceller av flera genvarianter, som finns i Neandertalarna. Dessa redigeras stamceller placeras sedan i en liten cell i hjärnan, simulera hjärnans utveckling hos fostret, komplett med sina egna blodkärl, neurala nätverk och fungerande synapser.

Att Jämföra tillväxten neandertalian mini-hjärna med en mänsklig hjärna, Paabo hoppas att isolera den genetiska faktorer som gör oss annorlunda.

"Neandertalare var intelligenta som andra däggdjur. De ville inte gå ut i havet, om ni inte har sett den andra stranden", säger Paabo. "Men för mig är den största frågan i mänsklighetens historia är: varför har vi blivit så desperata?".

Revolution-DNA

Paleontologer har länge undrat hur evolutionen har gjort vår fantastiska hjärna. Att jämföra vår genetik med genetik av våra närmaste släktingar, aporna, genetiker har omsorgsfullt identifierat en handfull olika kritiska gener. Till exempel, små mutationer i FOXP2, som verkar ligga bakom vår förmåga att bilda fonem och ord. Vissa tror även att FOXP2 är en viktig biologisk fördel, som ger oss vår rika, rika på språk.

Tyvärr, jämförelse av arvsmassan kan bara identifiera gener som skiljer sig mellan människor och apor — men hur dessa har format våra gener för hjärnans utveckling, frågan förblir obesvarad.

"Innan, vi var bara begränsat till att visa data i kartläggningen och katalogisering av skillnader bland andra primater," beklagar neurogenetic Simon Fisher, ecb-Institutet för psykolingvistik max Planck i Nijmegen, Nederländerna. "Vi är lite besviken, arbetat i många år med traditionella verktyg."

Nu, tack vare den fantastiska teknik för DNA, allt måste ändras.

Om trettio år sedan, Paabo började på allvar överväga en radikal idé: är det möjligt att extrahera DNA från döda vävnaden? Även om DNA är relativt stabil jämfört med övriga biomolecule, såsom protein, det börjar upplösas snabbt efter döden. Den berömda double helix, grundligt omständlig av naturen i en kompakt struktur, med tiden delas upp i kortare fragment. Att sätta ihop dessa bitar till en gemensam struktur är extremt utmanande, men 1985, med resterna av en 2400 år gamla mumien, Paabo har på ett övertygande sätt visat att det kan göras.

Denna upptäckt har i stor utsträckning öppnat dörrar av paleontologi. Forskare har upphört att vara bunden av traditionella DNA modernt, levande arter; de har ett kraftfullt verktyg som låter dig gå tillbaka i tiden och studera DNA som gick förlorat i historien.

Förblindade av denna inledande framgång, Paabo överklagas till Neandertalare, den mystiska grenarna av ett folk som utdöd i över 30 000 år sedan. I och med 2016, publicerade han den första kompletta arvsmassan hos en Neandertalare, chockerande forskare och allmänheten ett spännande resultat: 1 och 6 procent av gener från Neandertalare var närvarande i människor från Europa, Mellanöstern och Fjärran Östern. Med andra ord, vid någon punkt i historien, våra förfäder dansade horisontell tango med sin Neandertalare kusiner, och vi är ett direkt arv av dessa danser.

"Neandertalarna lämnade avtryck i DNA hos de människor som lever. Det är väldigt coolt. Neandertalarna inte dö ut helt, säger Svante Paabo på den tiden.

Hans upptäckt ledde till den större frågan: i vilken utsträckning Neandertalare vi släkt? Som moderna människor, dessa hominider med en bred käke och framträdande panna arch bodde i grottor och målade om väggar, som skapas hattar och inredda sina kroppar med blommor lång tid innan foten av den moderna människan har satt sin fot på Europa. Men de dog ut, och människor som nått en miljard till antalet och utspridda runt om i världen.

Att Jämföra vår arvsmassa, den Paabo koncernen har identifierat flera områden som innehåller varianter av DNA-förändringar, som skulle kunna hjälpa människor att anpassa sig. Bland dem, genomisk regionen som spelar en roll i den kognitiva utvecklingen.

Trots våra vitt skilda öden kan inte vara helt relaterad till skillnader i kognition, Paabo anser att denna plats skulle vara en bra start. Och tack vare de organeller i hjärnan nu kan han testa sina idéer.

Hjärnan bollar

De Organeller i hjärnan som kallas cerebral sfärer, mini-hjärnan, cerebral organeller. Först myntade under 2013, dessa fina bollar eller droppar av hjärnan ser väldigt läskiga. Men eftersom deras tillväxt avspeglar utvecklingen av mänskliga embryonala hjärnan, dessa pärlor blev snabbt en favorit leksak neuroforskare.

Recept hjärnan organeller är mycket olika, men oftast de är gjorda av mänskliga stamceller. Under noggrann övervakning celler sakta utvecklas i en deformerade delar av hjärnvävnad genom kemiskasoppan. Som den äkta mänskliga hjärnan, de flesta droppar innehåller en struktur liknande till hjärnbarken, skrynkliga yttre skiktet av hjärnan, som organiserar kognitiva funktioner på högsta nivå, såsom uppmärksamhet, språk och tanke.

Efter att ha tillräckligt med tid, neuroner i hjärnan bollar fyllda elektriska aktivitet och är ansluten till neurala nätverk, vissa anslutningar sträcka sig över organoid. Dessa hjärnan sjunker inte "mini-hjärnor" i den meningen att den kan tänka eller känna, nej. Men en noggrann analys av deras cellulära sammansättning och genuttryck visade en uppsättning funktionella neurala typer i samlingen som liknar fostrets hjärna i andra trimestern.

Med Andra ord, hjärnan bollar är perfekta kandidater för studier av hjärnans utveckling. Sedan starten har de använts för att simulera autism, schizofreni och effekten av Zeke virus i hjärnan hos fostret.

Och nu, tack vare Paabo, kommer de att finna tillämpning i paleontologi.

Återupplivandet av Neandertalare

För att återställa hela neandertalarnas genom, forskare skulle behöva ändra en miljon gener. Detta ambitiösa mål är för närvarande inte möjligt att ens med hjälp av avancerade verktyg för genomet redigering som CRISPR.

Är en grov redigering av alla Neandertalare varianter i mänskliga stamceller, Paabo använder en mer subtila tillvägagångssätt: introducerar bara tre viktiga gener som skiljer sig mellan människor och Neandertalare, och sedan övervakar effekterna av dessa gener för hjärnans utveckling.

Detta är en beprövad metod.

För Några år sedan, som arbetar med Wieland Hatteras, en neurolog för Institutet för molekylär cellbiologi och genetik max Planck-laget har vuxit ett hjärnan organeller, med hjälp av leukocyter hos människa och andra primater. Droppar hjärnan har utvecklats i ett par veckor, vilket gör att forskare för att jämföra hur olika tillväxten av celler i olika arter. Med hjälp av live mikroskopi, forskarna upptäckte att mänskliga celler vara en halv gånger längre än apor att rada upp sina kromosomer, innan separation av dottercellerna. Och denna töjning på något sätt hjälper människor att generera en hel del fler neurala stamceller än våra närmaste släktingar bland aporna.

Paabo hoppas på att hitta fler liknande slående skillnader från Neandertalare mini-hjärnor, eftersom de skulle kunna förklara varför den moderna människan är besegrad som en art.

"det Bästa resultatet skulle bli att genetiska förändringar som leder till längre eller mer förgrenad tillväxt i nervceller, säger han. "Man kan säga att det finns en biologisk grund för varför vår hjärna fungerar annorlunda."

I slutet, detta är bara början på studiet av människans unika, vilket blev möjligt först nu.