Биологи вырастили "искусственный мозг" ради изучения неандертальских генов

Биологи создали в лаборатории миниатюрные подобия мозга, отследив при этом, как работают неандертальские гены.
Иллюстрация Petra Korlevi.

Наша ДНК хранит генетическое наследие ушедшего человеческого вида.
Иллюстрация Pixabay.

Учёные вырастили из стволовых клеток миниатюрные подобия мозга, чтобы отследить, как на развитие этого органа влияют гены неандертальцев.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Stem Cell Reports группой во главе с Грэем Кэмпом (Gray Camp) из Института эволюционной антропологии Общества имени Макса Планка в Германии.

Напомним, что геном всех современных людей, кроме коренных африканцев, примерно на 2% состоит из неандертальской ДНК. Это след скрещивания между нашими видами, произошедшего десятки тысячелетий назад.

Разумеется, учёных весьма интересует вопрос, как влияет на нас это генетическое наследие. Особенно интересно его воздействие на развитие человеческого мозга.

Однако работу генов в период эмбрионального развития отслеживать трудно. Опыты над эмбрионами, у которых уже началось формирование мозга, невозможны по этическим соображениям. К счастью, в последние годы появился иной путь.

Он связан с созданием из стволовых клеток своего рода "зародышей органов" – органоидов. Они не являются полноценными органами и не имеют шанса в них развиться, так что над органоидами мозга можно проводить любые опыты.

В то же время процесс их развития, по-видимому, до некоторой степени повторяет возникновение полноценного органа. Этим и воспользовались авторы нового исследования.

Биологи использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) человека из четырёх различных линий, предоставленных проектом HipSci. Все доноры клеток были европейцами по происхождению и, следовательно, имели в составе генома неандертальскую ДНК.

"Использование линий ИПСК для изучения функций архаичной человеческой ДНК – ранее не применявшийся, но очень интересный подход, – заявляет Кэмп. – [До этого] никому и никогда не удавалось проследить роль ДНК неандертальцев во время развития [мозга]".

Прежде всего авторы сравнили геном предоставленных клеток с известным перечнем неандертальских генов. Чтобы поделиться этой информацией с научным сообществом, они создали специальный веб-сервис. Им может воспользоваться любой желающий.

Наша ДНК хранит генетическое наследие ушедшего человеческого вида.

Далее специалисты вырастили из этих клеток органоиды человеческого мозга. На разных стадиях развития этих "зародышей" биологи секвенировали ("читали") создаваемую в них РНК.

Напомним, что работа генов заключается именно в том, что они играют роль инструкции, по которой синтезируется РНК. Молекула РНК, в свою очередь, является образцом для синтеза белков – основной "рабочей лошадки" живой клетки. Поэтому, анализируя РНК, можно понять, какие гены работают (экспрессируются) в клетке в данный момент.

В целом исследователи выявили 535 заимствованных у неандертальцев генов, участвующих в развитии мозга. Многие из них экспрессировались с разной интенсивностью в разные периоды формирования органоида, то есть отвечали за какой-то этап его "взросления".

Таким образом, исследователи создали перечень неандертальских генов, влияющих на формирование человеческого мозга. Детальное изучение функций каждого из них – дело будущего.

Кроме того, исследователи планируют провести такой же эксперимент для изучения роли ДНК денисовского человека. Также они собираются вырастить органоиды других органов, чтобы определить роль заимствованных генов и в их развитии.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, что современные люди унаследовали от неандертальцев гены борьбы с ВИЧ, гриппом и гепатитом. Писали мы и о том, как гены неандертальцев защищают нас от шизофрении.