独家:尼安德特人的“小巴”在盘子里种植

独家:尼安德特人的“小巴”在盘子里种植

Alysson Muotri的实验室从人类干细胞中培养出这些脑类器官,这些干细胞具有编辑成为尼安德特人曾经拥有的版本的发育基因。

J.科恩/ 科学
独家:尼安德特人的“小巴”在盘子里种植

到目前为止,研究人员想要了解尼安德特人的大脑及其与我们自己的不同之处必须研究一个空白。 我们神秘的,已灭绝的亲属神经病学的最佳见解来自于分析其化石头骨内部空间的形状和体积。

但最近三个热门领域的结合 - 古代DNA,基因组编辑器CRISPR和干细胞构建的“类器官” - 提供了一种挑衅性的,如果非常初步的新选择。 至少有两个研究小组正在设计干细胞以包括尼安德特人基因,并将它们培养成反映这种古老DNA影响的“小型反应堆”。

这项工作都没有发表,但加州大学圣地亚哥分校(UCSD)医学院的遗传学家Alysson Muotri本月第一次在描述了他的团体的尼安德特人类器官,这次 。 他的团队已经将赋予尼安德特人DNA的干细胞诱导成豌豆大小的质量,模仿真皮大脑的皮层。 与用典型人类细胞制成的皮质小体相比,尼安德特类器官在其神经元网络中具有不同的形状和差异,包括可能影响该物种的社交能力的一些。 “我们正试图重建尼安德特人的思想,”穆特里说。

“我有点羡慕,”埃默里大学亚特兰大国家灵长类动物研究中心的神经解剖学家Todd Preuss说,他正在退休,就像这种研究大脑进化的方法一样。 “从类器官到真正的大脑仍然是一个漫长的过程,但如果能够开发足够的技术来为我们提供有关正常组织结构的更多信息,那么你可能会得到一些非常有用的东西。”

独家:尼安德特人的“小巴”在盘子里种植

与从普通人类细胞生长的脑类器官(上图)相比,具有尼安德特人基因变体(下图)的那些在外观和行为上不同。

ALYSSON MUOTRI

德国莱比锡马克斯普朗克进化人类学研究所主任SvantePääbo期望这项工作引起怀疑,因为很难弄清楚哪些遗传差异“功能相关”,而类器官只代表大脑发育的早期阶段。 “有机体远远无法告诉我们成年人大脑的功能,”Pääbo说道,他领导的团队通过从骨骼中拯救DNA来破译尼安德特人的基因组。 他的小组也开始使用尼安德特人的脑基因制造类器官,但他强调该技术可能会引入意想不到的突变。 “有很多对照实验要做,然后我很有希望我们能克服这些疑虑,”Pääbo说,他计划将尼安德特人脑类器官与黑猩猩或现代人体细胞制成的类器物进行比较。

Muotri专注于大约200种蛋白质编码基因中的一种,这些基因在尼安德特人和现代人类之间存在差异。 它被称为NOVA1,它在现代人类的早期大脑发育中起作用,并且与自闭症和精神分裂症有关。 因为它控制着来自其他基因的RNA的剪接,它可能有助于在尼安德特人中产生100多种新的脑蛋白。 方便地,只有一个DNA碱基对在尼安德特人基因和现代人类基因之间不同

Muotri和他的同事们开始研究来自“神经典型的人”的皮肤细胞 - 一个没有任何与神经系统疾病有关的已知遗传缺陷的人 - 并操纵他们的基因组将它们变成多能干细胞。 使用CRISPR,该团队然后针对NOVA1并在尼安德特人碱基对中进行交换以取代现代人类。 为了避免被CRISPR产生的“脱靶”DNA变化以及产生干细胞时可能发生的遗传错误所误导,它们对产生的细胞进行测序并丢弃任何具有非预期突变的细胞。

Muotri说,将含有尼安德特人DNA的干细胞生长成类器官需要几个月的时间 - “我们称之为尼安德特人”。 将它们与在相同条件下制备的现代人脑类器官进行比较,他的团队发现具有Neanderthalized NOVA1的神经元细胞在形成结构时在类器官内迁移得更快。 “我们认为它与有机体的形状有关,但我们不知道这意味着什么,”Muotri说,并指出Neanderoids有“爆米花”形状,而现代人类皮质类器官是球形的。 Neanderoid神经​​元也会减少突触连接,产生类似于异常神经网络的东西。

其中一些差异反映了Muotri在自闭症儿童大脑中研究神经元发育的情况。 “我不希望家人得出结论,我将自闭症孩子与尼安德特人进行比较,但这是一个重要的观察结果,”拥有自闭症继子的穆特里说。 “在现代人类中,这些类型的变化与社会化所需的大脑发育缺陷有关。如果我们认为这是我们优于尼安德特人的优势之一,那就是相关的。”

Muotri已将现代人类大脑的类器官发展到他的团队可以检测组织球内的振荡电信号的阶段。 他们现在将类器官连接到类似螃蟹的机器人上,希望类器官能够学会控制机器人的动作。 最终,Muotri希望让他们对抗由大脑尼安德罗德人运行的机器人。

“这有点疯狂,”西蒙·费希尔说,他是荷兰奈梅亨马克斯普朗克心理语言学研究所的遗传学家,他曾经设计过老鼠,它的变异人类基因与言语障碍有关。 “这是创造性的科学。”

*澄清,6月24日,晚上9点:由于生产错误,当原始版本发布时,当前故事的第四和第五段被省略。 他们已经恢复。