人類用基因編輯技術在實驗室中建立尼安德特人式“迷你大腦”

尼安德特人目前只存在於博物館、研究機構、書本之中。他們是生活在舊石器時代的史前人類,雖然和後出現的智人一度共存,但在約4萬年前逐漸滅絕,最終被智人取代。

人類用基因編輯技術在實驗室中建立尼安德特人式“迷你大腦”

尼安德特人滅絕被認為是智力水平與人類存在現在差異。但是人類的腦容量與尼安德特人的腦容量並無多大差別,問題到底出在哪裡?

人類用基因編輯技術在實驗室中建立尼安德特人式“迷你大腦”

科學家已經創造出一個微小的大腦“類器官”,其包含已滅絕的人類近親尼安德特人和丹尼索瓦人的基因變異。雖然,透過人體幹細胞工程製造的大腦類器官遠不能真正代表尼安德特人大腦,但其與人類大腦類器官的大小、形狀和質地卻有著明顯的差異。這項發現刊發於2月的《科學》雜誌上。該研究可以幫助科學家瞭解人腦進化的遺傳路徑。

瑞士巴塞爾大學的發育生物學家格雷·坎普(Gray Camp)說,這是一篇提出了非凡主張的非凡論文,”他的實驗室去年報告說,其構建的大腦類器官中所包含的尼安德特人和人類共有的基因。之前關於人類大腦進化的最新研究是透過研究人類在進化中丟失了哪些基因。但是坎普對於這些結果持懷疑態度,而他們的工作則提出了更多需要調查的問題。

人類與尼安德特人和丹尼索瓦人的關係比與任何靈長類動物都更緊密。尼安德特人的基因組中約有40%現在仍然可以在人類身上發現。但是研究尼安德特人大腦的手段非常有限,因為大腦這類的軟組織很難經歷歲月的考驗儲存完好,而且大多數研究都依賴於檢查化石頭骨的大小和形狀。在這種情況下,瞭解尼安德特人的與人類的基因差異就非常重要,因為它可以幫助研究人員瞭解人類的獨特之處,尤其是人類大腦的。

由加利福尼亞大學聖地亞哥分校的神經科學家Alysson Muotri領導的研究人員使用基因編輯技術CRISPR–Cas9將尼諾德特人和丹尼索瓦人的NOVA1基因引入人類多能幹細胞中,並對其進行培養,以形成類器官。最終,科學家獲得了一塊寬達5毫米的大腦類器官,並與正常的人腦類器官進行比較。

表達NOVA1基因的尼安德特人的大腦類器官與人類大腦類器官的差別之大,大到了外觀都不同的程度。

人類用基因編輯技術在實驗室中建立尼安德特人式“迷你大腦”

為了確定這個大腦類器官到底表達了哪個古老基因,研究人員比較了一個人類基因組序列庫和兩個尼安德特人、一個丹尼索瓦人的近乎完整的基因組。他們發現了61個基因與其人類版本始終不同。其中,NOVA1參與形成大腦突觸或神經的連線,並在其活性發生改變時與神經系統疾病相關。

人類NOVA1基因不同於前述古老基因(這些古老基因仍然存在於其他活的靈長類動物中),是一個單一鹼基。Muotri說,幾乎所有的現代人在都擁有NOVA1基因的現代版本,而不是尼安德特人或丹尼索瓦人舊版本的NOVA1基因。這一事實表明,人類版的NOVA1基因在進化過程中的某些時候為我們提供了巨大的優勢。因此,最新的問題是,這些優勢是什麼?

尼安德特人式大腦類器官與人類大腦類器官的差異在分子水平上也持續體現著。研究小組發現了277個活性不同的基因。已知其中一些基因會影響神經元發育和連通性。結果顯示,尼安德特人式大腦類器官含有不同水平的突觸蛋白,其神經元的連線比人類大腦類器官的要少。同時,有證據表明尼安德特人式大腦類器官成熟更快,也就是說,大腦神經元發育時間更短。

(本文來自澎湃新聞,更多原創資訊請下載“澎湃新聞”APP)

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