Что произойдет, если вы замените человеческий ген его копией неандертальца?

Приблизить / Разница между черепами современного человека (слева) и черепами неандертальцев означает, что должны быть некоторые различия в том, как эволюционировал их мозг.

В чем основные отличия современного человека от наших ближайших родственников, неандертальцев и денисовцев? Неандертальцам не кажется очевидной разницы. Они использовали передовые инструменты, занимались искусством и селились в очень суровых условиях. Но, насколько нам известно, общая численность его населения была совсем небольшой. Когда современные люди прибыли на сцену в Евразии, наша численность выросла, мы стали больше распространяться, а неандертальцы и денисовцы в конечном итоге вымерли и в конечном итоге вымерли.

Благодаря нашей способности получать древнюю ДНК, мы изучили геномы как неандертальцев, так и денисовцев, что позволило нам задать более конкретный вопрос: могут ли некоторые из наших различий быть вызваны генетикой?

Эти три типа родственны, поэтому количество различий в наших белках относительно невелико. Но большая международная исследовательская группа нашла один и преобразовала его обратно в стволовые клетки, полученные от современных людей, и исследователи обнаружили, что нервные ткани, состоящие из этих клеток, имеют значительные отличия от той же имплантированной ткани с современной человеческой версией этого гена.

Не сверхновая

В качестве первого шага в своей работе исследователи должны были определить, на какой ген они будут нацелены. Как мы упоминали выше, геномы трех видов очень похожи. Сходство только увеличивается, если смотреть на те части генома, которые кодируют белки. Дополнительной сложностью является то, что некоторые копии генов, обнаруженных у неандертальцев, все еще присутствуют у небольшой части современных людей. Исследователи хотели найти ген, в котором и у неандертальцев, и у денисовцев была одна копия, а у почти всех современных людей – другая.

READ  NASA says the new images reveal a huge valley on the surface of Mars, the largest in the solar system

Они обнаружили, что из десятков тысяч генов только 61 прошел этот тест. Был вызван человек, на котором они хотели сосредоточиться. Нова 1. Несмотря на взрывное название, Нова 1 Он был назван просто после того, как было обнаружено, что изначально он был связан с раком: вентральный нейровентральный антиген 1. Просмотр генеалогического дерева позвоночных показывает, что неандертальцы и денисовцы имеют общую копию Нова 1 Со всем, от других приматов до кур, что означает, что он присутствовал в предке, которого млекопитающие разделяют с динозаврами.

Однако почти у всех людей есть другая копия гена (при поиске четверти миллиона геномов в базе данных исследователи смогли идентифицировать только три случая копии неандертальцев). Разница небольшая – переключение близкородственной аминокислоты в одном месте в гене – но это разница. (Для тех, кому не все равно, от изолейцина до валина.)

Но Нова 1 Это тип гена, в котором небольшие изменения могут иметь большое влияние. РНК, используемые для создания белков, изначально состоят из смеси полезных частей, разделенных бесполезными запятыми, которые необходимо разделить. Для некоторых генов разные части могут быть разделены вместе более чем одним способом, что позволяет формировать различные формы белков из одной и той же РНК. Нова 1 Он регулирует процесс сплайсинга и может определять, какая форма нескольких генов образуется в клетках, в которых он активен. Для Нова 1Клетки, в которых он активен, включают многие части нервной системы.

Если этот последний абзац несколько сбивает с толку, краткая версия выглядит следующим образом: Нова 1 Он может изменять типы белков, производимых в нервных клетках. А поскольку поведение – это одна из областей, в которой современные люди могут отличаться от неандертальцев, это интересная цель для подобных исследований.

READ  Физики говорят, что есть только один способ, которым люди могут «безопасно» войти в черную дыру.

На наши нервы

Ясно, что есть этические проблемы в попытках увидеть, что неандертальцы будут делать с настоящими людьми. Но некоторые технологии, которые были разработаны за последнее десятилетие или около того, теперь позволяют нам подойти к проблеме совершенно по-другому. Во-первых, исследователи смогли взять клетки двух разных людей и превратить их в стволовые клетки, способные развиваться в любую клетку в организме. Затем они использовали редактирование гена CRISPR, чтобы преобразовать человеческую версию гена в неандертальскую версию. (Или, если вы менее милосердны, вы можете назвать это куриной версией.)

После тщательного обследования указано, что Нова 1 Это был единственный ген, который был изменен посредством модификации, исследователи заставили стволовые клетки сформировать нейроны, типичные для коры головного мозга.

Группы нейронов, которые в результате были образованы клетками неандертальской версии, были меньше. Нова 1, Хотя эти группы имели более сложную форму поверхности. Клетки с неандертальской версией также росли медленнее и, как правило, подвергались процессу, который часто заканчивается гибелью клеток. Таким образом, было ясно, что неандертальская версия изменила поведение стволовых клеток, поскольку они превращались в нейроны.

Различия были очевидны и на генетическом уровне. Исследовательская группа искала гены, которые изменяли активность (измеряемую по уровням информационной РНК) в клетках неандертальцев. Нова 1. Их было очень много, и среди них были некоторые из основных регуляторов развития нервной системы. И, как и следовало ожидать от регулятора сплайсинга, были сотни генов, которые претерпели изменения в том, как кодирующие белок РНК собирались вместе.

Многие из этих генов, по-видимому, участвуют в формировании и деятельности синапсов – индивидуальных связей между нервными клетками, которые позволяют им общаться друг с другом. Неудивительно, что это меняет поведение этих соединений. Обычно нейроны в культуре образуют связи и координируют свою деятельность. В камерах, содержащих неандертальскую версию Нова 1, Было меньше координации и более высокий фон, чем у беспорядочно срабатывающих сигнальных нейронов.

READ  Неужели эта женщина только что изобрела ракету, которая доставит нас на Марс? | Новости науки и технологий

Вопрос контекста

Результаты ясно показывают, что существование неандертальской версии Нова 1 Не очень хорошо для нейронов современного человека. Однако потребуется больше работы, чтобы определить, являются ли все описанные здесь изменения продуктом конкретных различий между двумя белками или просто результатом нездоровья нейронов из-за плохой регуляции генов.

Но исследователи также предостерегают от чрезмерной интерпретации результатов в целом – хотя эти результаты предполагают, что они не являются четким указанием на то, что генетические изменения принципиально отличают наш мозг от мозга наших ближайших родственников.

Развитие человеческой версии этого гена происходило на фоне множества других тонких изменений в геноме человека, либо в его кодирующей последовательности, либо (чаще) в последовательностях, регулирующих его активность. Эти изменения могут компенсировать любые вредные последствия, вызванные различиями в активности современной человеческой версии Нова 1. Внезапное падение исходной версии гена снова может привести к появлению различий только из-за несовместимости между геном и всеми этими компенсациями.

Итак, потребуется некоторое время, чтобы разобраться, насколько этот единственный ген отличается от мозга человека и неандертальца. Но главное, что теперь эти вопросы можно задавать вообще. Методы, использованные для получения этих результатов, не существовали до этого столетия – редактированию генов с помощью CRISPR менее десяти лет. Итак, сам факт, что мы это знаем, довольно удивителен.

Наука, 2021. DOI: 10.1126 / наука. aax2537 (О DOI).

Akilina Vasilieva

Тонко обаятельный исследователь. Коммуникатор. Аналитик. Хипстерский энтузиаст путешествий. Интроверт

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *