Τι συμβαίνει όταν αντικαθιστάτε ένα ανθρώπινο γονίδιο με το αντίγραφο του Neanderthal;

Μεγέθυνση / Η διαφορά μεταξύ των σύγχρονων ανθρώπινων κρανίων (αριστερά) και των Νεάντερταλ κρανίων σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχουν κάποιες διαφορές στο πώς εξελίχθηκαν οι εγκέφαλοί τους.

Ποιες είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ των σύγχρονων ανθρώπων και των στενότερων συγγενών μας, του Νεάντερταλ και του Ντενισοβάν; Για τους Νεάντερταλ, δεν φαίνεται να υπάρχει καμία προφανής διαφορά. Χρησιμοποίησαν προηγμένα εργαλεία, έφτιαξαν τέχνη και εγκαταστάθηκαν σε μερικά εξαιρετικά σκληρά περιβάλλοντα. Όμως, όσο γνωρίζουμε, ο συνολικός του πληθυσμός δεν ήταν καθόλου υψηλός. Όταν οι σύγχρονοι άνθρωποι έφτασαν στη σκηνή στην Ευρασία, ο αριθμός μας μεγάλωνε, εξαπλώθηκε περισσότερο και οι Νεάντερταλ και οι Ντενισοβάν τελικά κατέληξαν και τελικά εξαφανίστηκαν.

Χάρη στην ικανότητά μας να αποκτήσουμε αρχαίο DNA, εξετάσαμε τώρα τα γονιδιώματα τόσο των Νεάντερταλ όσο και των Ντενισοβάν, επιτρέποντάς μας να κάνουμε μια πιο συγκεκριμένη ερώτηση: Θα μπορούσαν να οφείλονται σε ορισμένες από τις διαφορές μας λόγω της γενετικής;

Οι τρεις τύποι είναι συγγενείς, οπότε ο αριθμός των διαφορών στις πρωτεΐνες μας είναι σχετικά μικρός. Όμως, μια μεγάλη διεθνής ερευνητική ομάδα ταυτοποίησε ένα και το δημιούργησε πίσω σε βλαστικά κύτταρα που αποκτήθηκαν από σύγχρονους ανθρώπους και οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι νευρικοί ιστοί που αποτελούνται από αυτά τα κύτταρα είχαν αξιοσημείωτες διαφορές από τον ίδιο εμφυτευμένο ιστό με τη σύγχρονη ανθρώπινη εκδοχή αυτού του γονιδίου.

Όχι σουπερνόβα

Ως πρώτο βήμα στη δουλειά τους, οι ερευνητές έπρεπε να καθορίσουν ποιο γονίδιο θα στοχεύσουν. Όπως αναφέραμε παραπάνω, τα γονιδιώματα των τριών ειδών είναι πολύ παρόμοια. Και η ομοιότητα αυξάνεται μόνο όταν κοιτάξετε εκείνα τα μέρη του γονιδιώματος που κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Μια επιπλέον επιπλοκή είναι ότι ορισμένα αντίγραφα των γονιδίων που βρέθηκαν στο Neanderthals εξακολουθούν να υπάρχουν σε ένα μικρό κλάσμα των σύγχρονων ανθρώπων. Αυτό που ήθελαν να κάνουν οι ερευνητές ήταν να βρουν ένα γονίδιο όπου τόσο οι Νεάντερταλ όσο και οι Ντενισοβάν είχαν ένα αντίγραφο και σχεδόν όλοι οι σύγχρονοι άνθρωποι είχαν ένα άλλο.

READ  Ένας ερασιτέχνης αστρονόμος πιάνει ένα αντικείμενο που χτυπά τον Δία

Από τις δεκάδες χιλιάδες γονίδια, βρήκαν μόνο 61 που πέρασαν σε αυτό το τεστ. Κλήθηκε το άτομο στο οποίο επέλεξαν να επικεντρωθούν Nova 1. Παρά το εκρηκτικό όνομα, Nova 1 Ονομάστηκε απλώς αφού ανακαλύφθηκε ότι συνδέθηκε αρχικά με τον καρκίνο: κοιλιακό νευρο-κοιλιακό αντιγόνο 1. Μια ματιά στο οικογενειακό δέντρο των σπονδυλωτών δείχνει ότι οι Νεάντερταλ και Ντενισοβάν μοιράζονται ένα αντίγραφο Nova 1 Με τα πάντα, από άλλα πρωτεύοντα έως κοτόπουλα, πράγμα που σημαίνει ότι υπήρχε σε έναν πρόγονο που τα θηλαστικά μοιράζονται με τους δεινόσαυρους.

Ωστόσο, σχεδόν όλοι οι άνθρωποι έχουν ένα διαφορετικό αντίγραφο του γονιδίου (κατά την αναζήτηση ενός τετάρτου εκατομμυρίου γονιδιωμάτων σε μια βάση δεδομένων, οι ερευνητές μπόρεσαν να εντοπίσουν μόνο τρεις περιπτώσεις ενός αντιγράφου Neanderthals). Η διαφορά είναι λεπτή – εναλλαγή ενός στενά συνδεδεμένου αμινοξέος σε μια θέση σε ένα γονίδιο – αλλά είναι η διαφορά. (Για όσους νοιάζονται, από ισολευκίνη έως βαλίνη.)

Αλλά Nova 1 Είναι ο τύπος του γονιδίου όπου οι μικρές αλλαγές μπορούν να έχουν μεγάλο αντίκτυπο. Τα RNA που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πρωτεϊνών αποτελούνται αρχικά από ένα μείγμα χρήσιμων μερών που διαχωρίζονται από άχρηστα κόμματα που πρέπει να διαχωριστούν. Για ορισμένα γονίδια, τα διάφορα μέρη μπορούν να χωριστούν μαζί με περισσότερους από έναν τρόπους, επιτρέποντας να σχηματιστούν διαφορετικά σχήματα πρωτεϊνών από το ίδιο RNA. Nova 1 Ρυθμίζει τη διαδικασία ματίσματος και μπορεί να προσδιορίσει ποια μορφή πολλαπλών γονιδίων σχηματίζεται στα κύτταρα στα οποία είναι ενεργή. Για Nova 1Τα κύτταρα στα οποία είναι ενεργά περιλαμβάνουν πολλά μέρη του νευρικού συστήματος.

Εάν η τελευταία παράγραφος είναι κάπως συγκεχυμένη, η σύντομη έκδοση έχει ως εξής: Nova 1 Μπορεί να αλλάξει τους τύπους πρωτεϊνών που παράγονται στα νευρικά κύτταρα. Και δεδομένου ότι η συμπεριφορά είναι ένας τομέας στον οποίο οι σύγχρονοι άνθρωποι μπορεί να διαφέρουν από τους Νεάντερταλ, είναι ένας ενδιαφέρων στόχος για αυτούς τους τύπους μελετών.

READ  Ένα από τα όργανα της διαστημικής ηλιακής διαστημικής της NASA, σε τροχιά, κατέλαβε το πρώτο του βίντεο για την αποβολή μιας στεφανιαίας μάζας

Στα νεύρα μας

Υπάρχουν σαφώς ηθικά ζητήματα στην προσπάθεια να δούμε τι θα έκανε μια έκδοση του Neanderthals στους πραγματικούς ανθρώπους. Ωστόσο, ορισμένες τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί κατά την τελευταία δεκαετία ή τώρα μας επιτρέπουν να προσεγγίσουμε το ζήτημα με εντελώς διαφορετικό τρόπο. Πρώτον, οι ερευνητές μπόρεσαν να πάρουν κύτταρα από δύο διαφορετικά άτομα και να τα μετατρέψουν σε βλαστοκύτταρα που είναι ικανά να εξελιχθούν σε οποιοδήποτε κύτταρο στο σώμα. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν την επεξεργασία γονιδίων CRISPR για να μετατρέψουν την ανθρώπινη έκδοση του γονιδίου σε μια νεάντερταλ έκδοση. (Ή, εάν είστε λιγότερο φιλανθρωπικοί, μπορείτε να το ονομάσετε την έκδοση κοτόπουλου.)

Μετά από εμπεριστατωμένη εξέταση έδειξε ότι Nova 1 Ήταν το μόνο γονίδιο που άλλαξε μέσω της τροποποίησης, οι ερευνητές προκάλεσαν τα βλαστικά κύτταρα να σχηματίσουν νευρώνες τυπικούς του εγκεφαλικού φλοιού.

Οι ομάδες νευρώνων που προέκυψαν ήταν μικρότερες όταν σχηματίστηκαν από κύτταρα με νεάντερταλ εκδοχή του Nova 1Αν και αυτές οι ομάδες είχαν πιο περίπλοκο σχήμα επιφάνειας. Τα κύτταρα με την έκδοση Neanderthal αναπτύχθηκαν επίσης πιο αργά και τείνουν να υποβάλλονται σε μια διαδικασία που συχνά καταλήγει στον κυτταρικό θάνατο. Έτσι ήταν σαφές ότι η εκδοχή του Νεάντερταλ είχε αλλάξει τη συμπεριφορά των βλαστικών κυττάρων καθώς μετατράπηκαν σε νευρώνες.

Οι διαφορές ήταν εμφανείς και στο γενετικό επίπεδο. Η ερευνητική ομάδα έψαχνε για τυχόν γονίδια που άλλαξαν τη δραστηριότητα (όπως μετράται από τα επίπεδα αγγελιοφόρου RNA) σε κύτταρα με Neanderthals. Nova 1. Υπήρχε ένας μεγάλος αριθμός από αυτούς, και μεταξύ αυτών ήταν μερικοί από τους κύριους ρυθμιστές της νευροαναπτύξεως. Και όπως θα αναμενόταν από τον ρυθμιστή ματίσματος, υπήρχαν εκατοντάδες γονίδια που υπέστησαν αλλαγές στον τρόπο συναρμολόγησης των RNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες.

Πολλά από αυτά τα γονίδια φαίνεται να εμπλέκονται στο σχηματισμό και τη δραστηριότητα των συνάψεων, τις ατομικές συνδέσεις μεταξύ των νευρικών κυττάρων που τους επιτρέπουν να επικοινωνούν μεταξύ τους. Δεν προκαλεί έκπληξη, αυτό αλλάζει τη συμπεριφορά αυτών των συνδέσεων. Κανονικά, οι νευρώνες στην καλλιέργεια σχηματίζουν δεσμούς και συντονίζουν τη δραστηριότητά τους. Σε κελιά που περιέχουν την έκδοση Neanderthal του Nova 1Υπήρχε λιγότερος συντονισμός και υψηλότερο υπόβαθρο από τους τυχαία πυροβολισμούς νευρώνες σηματοδότησης.

READ  Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες προέρχονται από υπερμεγέθη αστέρια;

Θέμα πλαισίου

Τα αποτελέσματα δείχνουν σαφώς ότι η ύπαρξη μιας νεάντερταλ εκδοχής του Nova 1 Δεν είναι καλό για τους νευρώνες των σύγχρονων ανθρώπων. Ωστόσο, θα χρειαστεί περισσότερη δουλειά για να προσδιοριστεί εάν όλες οι αλλαγές που περιγράφονται εδώ είναι προϊόν συγκεκριμένων διαφορών μεταξύ των δύο πρωτεϊνών ή απλώς το αποτέλεσμα των νευρώνων να είναι ανθυγιεινά λόγω κακής γονιδιακής ρύθμισης.

Ωστόσο, οι ερευνητές προειδοποιούν επίσης να μην ερμηνεύσουν τα αποτελέσματα γενικά – ενώ αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι δεν αποτελούν σαφή ένδειξη ότι οι γενετικές αλλαγές κάνουν τους εγκεφάλους μας θεμελιωδώς διαφορετικούς από αυτούς των στενότερων συγγενών μας.

Η ανάπτυξη της ανθρώπινης έκδοσης αυτού του γονιδίου πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο πολλών άλλων λεπτών αλλαγών στο ανθρώπινο γονιδίωμα, είτε στην κωδικοποιητική αλληλουχία του είτε (πιο συχνά) στις ακολουθίες που ρυθμίζουν τη δραστηριότητά του. Αυτές οι αλλαγές θα μπορούσαν να αντισταθμίσουν τυχόν επιβλαβείς επιπτώσεις που προκαλούνται από τις διαφορές στη δραστηριότητα της σύγχρονης ανθρώπινης έκδοσης του Nova 1. Μια ξαφνική πτώση στην αρχική έκδοση ενός γονιδίου μπορεί να προκαλέσει διαφορές μόνο λόγω της ασυμβατότητας μεταξύ του γονιδίου και όλων αυτών των αντισταθμίσεων.

Έτσι, θα χρειαζόταν λίγος χρόνος για να διευκρινιστεί πόσο διαφέρει αυτό το μεμονωμένο γονίδιο σε σχέση με τον εγκέφαλο του ανθρώπου και του Νεάντερταλ. Αλλά το βασικό είναι ότι τώρα είναι δυνατόν να κάνουμε αυτές τις ερωτήσεις καθόλου. Οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή αυτών των αποτελεσμάτων δεν υπήρχαν πριν από αυτόν τον αιώνα – η επεξεργασία γονιδίων με CRISPR είναι μικρότερη από μια δεκαετία. Έτσι, το απλό γεγονός ότι το ξέρουμε αυτό είναι αρκετά εκπληκτικό.

Science, 2021. DOI: 10.1126 / επιστήμη. aax2537 (Σχετικά με τα DOI).

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *