إنشاء “أدمغة مصغرة” تشبه الإنسان البدائي في المختبر باستخدام تقنية كريسبر

تعتبر الكائنات العضوية التي تحتوي على نسخة قديمة من الجين الذي يؤثر على نمو الدماغ أصغر حجمًا وأكثر وعرة من تلك التي تحتوي على جينات بشرية.
أريانا ريميل

أمين متحف يحمل مجموعة من جمجمة إنسان نياندرتال.
يجب إجراء معظم الأبحاث حول أدمغة إنسان نياندرتال من خلال النظر في حجم وشكل الجماجم المتحجرة المصدر: متحف التاريخ الطبيعي ، لندن / مكتبة الصور العلمية

ابتكر الباحثون “عضيات” صغيرة تشبه الدماغ تحتوي على متغير جيني مأوى من قبل اثنين من أقارب البشر المنقرضين ، إنسان نياندرتال ودينيسوفان. الأنسجة ، التي تم تصنيعها عن طريق هندسة الخلايا الجذعية البشرية ، بعيدة كل البعد عن كونها تمثيلات حقيقية لأدمغة هذه الأنواع – لكنها تظهر اختلافات واضحة عن الأعضاء البشرية ، بما في ذلك الحجم والشكل والملمس. يمكن أن تساعد النتائج ، التي نُشرت في مجلة Science في 11 فبراير ، العلماء على فهم المسارات الجينية التي سمحت للأدمغة البشرية بالتطور.

هل يمكن للأدمغة الناضجة في المختبر أن تصبح واعية؟
يقول جراي كامب ، عالِم الأحياء التطورية بجامعة بازل في سويسرا ، الذي أبلغ مختبره العام الماضي عن نمو 2 عضيات دماغية تحتوي على جين مشترك بين البشر البدائيون والبشر: “إنها ورقة غير عادية بها بعض الادعاءات غير العادية” يأخذ العمل الأخير البحث إلى أبعد من ذلك من خلال النظر في المتغيرات الجينية التي فقدها البشر في التطور. لكن كامب لا يزال متشككًا بشأن الآثار المترتبة على النتائج ، ويقول إن العمل يفتح المزيد من الأسئلة التي ستتطلب التحقيق.

يرتبط البشر ارتباطًا وثيقًا بإنسان نياندرتال ودينيسوفان أكثر من أي قرود حي ، ولا يزال من الممكن العثور على 40٪ من جينوم الإنسان البدائي منتشرًا في جميع أنحاء البشر الأحياء. لكن الباحثين لديهم وسائل محدودة لدراسة أدمغة هذه الأنواع القديمة – الأنسجة الرخوة ليست محفوظة جيدًا ، وتعتمد معظم الدراسات على فحص حجم وشكل الجماجم المتحجرة. من المهم معرفة كيف تختلف جينات الأنواع عن جينات البشر لأنها تساعد الباحثين على فهم ما يجعل البشر فريدًا – خاصة في أدمغتنا.

لوحتان بالأبيض والأسود. يُظهر الجزء العلوي نقاطًا دائرية من الأنسجة ، بينما يظهر الجزء السفلي من الأشكال الخشنة.
كانت عضيات الدماغ التي تحتوي على متغير جيني قديم (أسفل) أصغر حجمًا وأكثر قوامًا من العضيات البشرية (أعلى). الائتمان: C. A. Trujillo et al. / العلوم

استخدم الباحثون ، بقيادة أليسون موتري ، عالِم الأعصاب بجامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، تقنية تعديل الجينوم CRISPR-Cas9 لإدخال شكل جين نياندرتال ودينيسوفان من جين يُدعى NOVA1 إلى خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات ، والتي يمكن أن تتطور إلى أي نوع من الخلايا. قاموا بتربيتها لتشكيل عضيات ، كتل من الأنسجة الشبيهة بالدماغ ، يصل عرضها إلى 5 ملم ، جنبًا إلى جنب مع أشباه عضية طبيعية في الدماغ البشري للمقارنة

اتضح على الفور أن العضيات التي تعبر عن البديل القديم لـ NOVA1 كانت مختلفة. يقول موتري: “بمجرد أن رأينا شكل العضيات ، عرفنا أننا على وشك تحقيق شيء ما”. عادة ما تكون أشباه العضويات في الدماغ البشري ناعمة وكروية ، في حين أن عضيات الجينات القديمة لها أسطح خشنة ومعقدة وكانت أصغر. ربما يكون هذا بسبب الاختلافات في كيفية نمو الخلايا وتكاثرها ، كما يقول المؤلفون.

مقارنة الجينوم
لتحديد الجين القديم الذي يجب التعبير عنه في العضيات ، قارن الباحثون مكتبة من تسلسل الجينوم البشري بجينوم شبه كامل لاثنين من إنسان نياندرتال وواحد من دينيسوفان. وجدوا 61 جينًا تختلف فيها النسخة البشرية باستمرار عن تلك الموجودة في الأنواع القديمة. من بين هؤلاء ، يشارك NOVA1 في تكوين نقاط الاشتباك العصبي في الدماغ ، أو التقاطعات العصبية ، ويرتبط بالاضطرابات العصبية عندما يتغير نشاطه.

يختلف جين NOVA1 البشري عن المتغير القديم – الذي لا يزال موجودًا في الرئيسيات الحية الأخرى – بقاعدة واحدة قام الباحثون بتحريرها في الخلايا الجذعية باستخدام CRISPR-Cas9. يبدل هذا الاختلاف حمض أميني واحد في بروتين NOVA1 المصنوع من العضيات القديمة. “حقيقة أن جميع البشر ، أو جميع البشر تقريبًا ، لديهم الآن هذه النسخة وليس النسخة القديمة تعني أنها أعطتنا ميزة هائلة في نقاط معينة أثناء التطور. لذا فإن السؤال الذي لدينا الآن هو ، ما هي هذه المزايا؟ ” يقول موتري.

أكبر أحفورة للدينيسوفان حتى الآن تسرب أسرار الإنسان القديم
استمرت الاختلافات بين العضيات الناتجة على المستوى الجزيئي. وجد الفريق 277 جينًا لها نشاط مختلف بين الجين القديم والعضويات البشرية. ومن المعروف أن بعض هذه الجينات تؤثر على نمو الخلايا العصبية وتوصيلها. ونتيجة لذلك ، احتوت العضيات القديمة على مستويات مختلفة من بروتينات المشبك ، وأطلقت عصبوناتها في أنماط أقل تنظيماً من تلك الموجودة في الأنسجة الضابطة. هناك أيضًا دليل على أنهم نضجوا بسرعة أكبر.