تولید مغز اجداد ما در آزمایشگاه!

محققان ارگانوئیدهای کوچک مغز - مانندی (بافت مصنوعی) تولید کرده‌اند که حاوی ژن دو خویشاوند منقرض شده‌ی انسان یعنی دنیسووان‌ها و نئاندرتال‌ها است.

Organoids that contain an ancient version of a gene that influences brain development are smaller and bumpier than those with human genes.

به گزارش ایسنا و به نقل از نیچر، این بافت‌ها که به وسیله‌ی مهندسی سلول‌های بنیادی انسان ساخته شده‌اند را نمی‌توان جلوه‌ی حقیقی مغز این گونه‌ها دانست اما تفاوت‌های زیاد آن‌ها با ارگانوئیدهای انسان‌ها از لحاظ اندازه، شکل و بافت قابل مشاهده است.

این مقاله در 11 فوریه در مجله‌ی "ساینس"(Science) منتشر شده و می‌تواند به دانشمندان در درک رویدادهای ژنتیکی که باعث تکامل مغز انسان شد کمک کند.

گری کمپ (Gray Camp) زیست‌شناس رشد و تکامل از دانشگاه بازل (Basel) سوئیس می‌گوید: این یک مقاله غیرعادی با ادعاهای غیرعادی است. آزمایشگاه او سال گذشته خبر داد که دو ارگانوئید مغز که حاوی ژن نئاندرتال‌ها است را رشد داده‌اند و در ادامه‌ی تحقیقات ژن‌هایی را بررسی می‌کنند که انسان در طول تکامل از دست داده است. اما "کمپ" همچنان در مورد نتایج تردیدهایی دارد و می‌گوید این تحقیقات سوالات بیشتری ایجاد می‌کند که باید در موردشان تحقیقاتی انجام شود.

انسان‌ها بیش از هرگونه‌ی دیگری با نئاندرتال‌ها (Neanderthals) و دنیسووان‌ها (Denisovans) ارتباط ژنتیکی دارند و هنوز هم می‌توان 40 درصد ژنوم نئاندرتال‌ها را در انسان‌های امروزی پیدا کرد. اما محققان برای مطالعه‌ی مغز این گونه‌های باستانی ابزار محدودی در اختیار دارند. بافت نرم این مغزها به خوبی حفظ نشده و بیشتر مطالعات به بررسی اندازه و شکل جمجمه‌های فسیل شده می‌پردازد. اینکه بدانیم تفاوت ژن این گونه‌ها با انسان‌ها چیست موضوع مهمی است زیرا به محققان کمک می‌کند بفهمند چه چیزی به خصوص در مغز باعث شده که انسان‌ها منحصر به فرد باشند.

محققان به سرپرستی آلیسون موتری (Alysson Muotri) که یک دانشمند مغز و اعصاب در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو است از روش اصلاح ژن کریسپر - کس -9(CRISPR-Cas9) استفاده کردند تا ژن نووا -1(NOVA1) نئاندرتال‌ها و دنیسووان‌ها را وارد سلول‌های بنیادی پرتوان انسان کنند. این سلول‌ها می‌توانند به هر نوع سلولی تبدیل شوند. آن‌ها این سلول‌ها را کشت دادند و توده‌هایی شبیه به بافت مغز با عرض پنج میلی‌متر ساختند و همچنین در کنار آن ارگانوئیدهای مغز انسان را برای مقایسه تولید کردند.

بلافاصله مشخص شد که ارگانوئیدهایی که ژن قدیمی نووا -1 را داشتند متفاوت هستند. متوری می‌گوید: از لحظه‌ای که شکل ارگانوئیدها را دیدیم فهمیدیم که با موضوع جالبی طرف هستیم.

سلول‌های ارگانوئید مغز انسان‌ها صاف و کروی هستند در حالی که ارگانوئیدهای دارای ژن قدیمی سطحی غیرصاف و پیچیده و ابعادی کوچکتر داشتند. نویسندگان مقاله می‌گویند: این تفاوت‌ها احتمالا به خاطر تفاوت در نحوه‌ی رشد و تکثیر سلول‌هاست.

مقایسه‌ی ژنوم‌ها

دانشمندان برای اینکه بفهمند کدام ژن‌های قدیمی در ارگانوئیدها بیان می‌شوند مجموعه‌ای کامل از توالی ژن‌های انسان را با مجموعه‌ای تقریبا کامل از ژن‌های 2 نئاندرتال و 1 دنیسووان مقایسه کردند. آن‌ها 61 ژن پیدا کردند که نسخه انسانی آن‌ها با نوع قدیمی آن متفاوت است. از میان آنها ژن نووا -1 در تشکیل سیناپس‌های مغز و اتصالات عصبی نقش دارد و اگر عملکرد آن مختل شود اختلالات عصبی به وجود خواهد آمد.

ژن نووا -1 انسان‌ها در یک بخش ساده با نسخه قدیمی آن متفاوت است. نسخه قدیمی آن هنوز در سایر پریمات‌ها موجود است و دانشمندان با استفاده از کریسپر - کس -9 آن را ویرایش کردند. این تفاوت کوچک در یک اسید آمینه پروتئین نووا -1 ساخته شده در ارگانوئیدها وجود دارد. موتری می‌گوید: این واقعیت که امروزه همه‌ی انسان‌ها نوع جدید این ژن را دارند نشان دهنده‌ی آن است که نووا -1 به ما در مرحله‌ای از تکامل امتیاز فوق‌العاده‌ای داده است. اما سوالی که اکنون وجود دارد این است: این امتیازها چه هستند؟ تفاوت‌های ایجاد شده در ارگانوئیدهای حاصل در سطوح مولکولی ادامه می‌یابد. این گروه 277 ژن را یافتند که عملکردی متفاوت در ارگانوئیدهای باستانی و ارگانوئید انسان‌ها داشتند. بعضی از آن ژن‌ها بر روی رشد سیستم عصبی و اتصالات عصبی اثر می‌گذارند. در نتیجه ارگانوئیدهای قدیمی حاوی سطوح مختلفی از پروتئین‌های سیناپسی بودند و نورون‌های آن‌ها الگوهای کم نظم‌تری نسبت به ارگانوئیدهای انسان داشتند. همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد این ارگانوئیدها زودتر رشد می‌کنند.

تفاوت‌های بزرگ

ولفگانگ انارد (Wolfgang Enard) یک زیست‌شناس تکاملی از دانشگاه لودویگ مکسمیلیان (Ludwig Maximilian) در مونیخ آلمان می‌گوید: مهم‌ترین یافته آن است که شما می‌توانید ژن را به حالت قدیمی بازگردانید و تاثیرش را بر روی ارگانوئید ببینید.

او بسیار متعجب است که چگونه یک تفاوت کوچک ژنتیکی می‌تواند چنین تغییر واضحی ایجاد کند. اما او در مورد اینکه آیا ظاهر عجیب ارگانوئیدها می‌تواند به ما در مورد مغز نئاندرتال‌ها اطلاعات زیادی بدهد تردید دارد.

"کمپ" همچنین می‌گوید که بعید است این ارگانوئیدهای باستانی بتوانند نمای کاملی از بافت حقیقی نئاندرتال‌ها باشد و به جای آن ممکن است این ویژگی‌هایی که مشاهده می‌کنیم در اثر تغییرات ایجاد شده در پروتئین‌های مهمی در انسان‌ها باشد که بر اثر مجموعه‌ای از جهش‌ها که در طول زمان روی هم انباشته شده‌اند ایجاد شده باشند.

سوزانا هرکولانو هوزل (Suzana Herculano-Houzel) یک دانشمند تکامل عصبی در دانشگاه وندربیلت (Vanderbilt) نشویل (Nashville) تنسی (Tennessee) می‌گوید: رویکرد ویرایش ارگانوئید هنوز می‌تواند برای مطالعه‌ی تکامل مغز پریمات‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

گروه موتری قصد دارند تا ارگانوئیدهای ویرایش شده‌ی دیگری ایجاد کنند که شامل ژن‌های بازگشتی دیگری باشد تا به وسیله‌ی آن مغز انسان را مورد بررسی قرار دهند. اگر محققان بتوانند روند تکاملی که ما را به این‌جا رسانده بفهمند ممکن است بتوانند درک بهتری از بیماری‌هایی که مخصوص مغز انسان هستند پیدا کنند.