ออร์แกนอยด์ในสมองที่มีดีเอ็นเอของมนุษย์ยุคหินที่ปลูกโดยนักวิทยาศาสตร์

“ ทำไมสมองของเราจึงแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ รวมถึงญาติที่สูญพันธุ์ไปแล้วด้วย”

Neuroarchaeology

Muotri ซึ่งใช้เวลาถึงแปดปีในโครงการนี้เรียกงานของเขาว่า “neuroarchaeology”

“เมื่อคุณพบชิ้นส่วนของกระดูกหรือ (ถ่าน) และคุณพยายามที่จะสร้างสังคมนั้นขึ้นใหม่ว่าพวกเขากำลังทำอะไรอยู่พวกเขาเชื่อมโยงกันอย่างไร – คุณพยายามที่จะเข้าใจจิตใจเรากำลังทำเช่นเดียวกันที่พันธุกรรม ระดับ ”

Muotri กล่าวว่า Organoids ของสมองยุค Neanderthalized เป็น “รูปทรงป๊อปคอร์น” เมื่อเทียบกับรูปร่างที่กลมกว่าแม้กระทั่งของมนุษย์สมัยใหม่ Muotri กล่าว ทีมงานของเขายังสังเกตเห็นว่าเซลล์ประสาทในออร์กานอยด์เจริญเติบโตเร็วกว่ามนุษย์สมัยใหม่

“เซลล์ประสาทในออร์แกนิกส์รุ่นโบราณเราเห็นกิจกรรมในช่วงแรก ๆ มากกว่ามนุษย์ยุคใหม่เราไม่ได้คาดหวังสิ่งนั้นอย่างแน่นอน”

เขาบอกว่าเขาเคยสังเกตเห็นกิจกรรมที่คล้ายกันในงานก่อนหน้านี้เกี่ยวกับลิงชิมแปนซีออร์กานอยด์

“ลิงชิมแปนซีทารกสามารถชิงไหวชิงพริบทารกแรกเกิดของมนุษย์ได้ในระยะไกลเราต้องการเวลาในการเลี้ยงดูทารกของเราจนกว่าพวกเขาจะเป็นอิสระเราไม่เห็นสิ่งนั้นในสปีชีส์อื่นฉันคิดว่าสิ่งที่เราเห็นที่นี่เป็นสิ่งที่คล้ายกัน”

อย่างไรก็ตาม Muotri เน้นว่านี่เป็นการเก็งกำไร Organoids เป็นทางยาวจากสมองจริง ประการหนึ่งพวกเขาขาดการเชื่อมต่อกับอวัยวะอื่น ๆ

“เราไม่รู้ว่าสมองของมนุษย์ที่แบกรุ่นโบราณเหล่านี้จะมีพฤติกรรมอย่างไร” เขากล่าว “ความแตกต่างทั้งหมดที่เราเห็นในช่วงแรกอาจหายไปเพราะสมองมีวิธีชดเชย”

“แต่เราทราบดีว่าการเปลี่ยนแปลงอย่างละเอียดในระยะแรก ๆ ในการพัฒนาสมองอาจส่งผลต่อสมองของผู้ใหญ่ตัวอย่างเช่นใช้ยีนที่เกี่ยวข้องกับออทิสติก”

การแก้ไขยีนด้วยวัสดุโบราณ

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าพวกเราหลายคนเป็นมนุษย์ยุคหินเล็ก ๆ โดย DNA มีร่องรอยของการเผชิญหน้าในอดีตระหว่างมนุษย์ยุคใหม่ตอนต้นกับมนุษย์ยุคหินซึ่งอาศัยอยู่ในยุโรปและบางส่วนของเอเชียจนถึงประมาณ 40,000 ปีก่อน

ทีม UCSD ได้เปรียบเทียบจีโนมของมนุษย์ยุคหินเดนิโซแวนและประชากรสมัยใหม่เพื่อค้นหาว่าสายพันธุ์ทางพันธุกรรมใดที่ไม่ได้ใช้ร่วมกับญาติสนิทของเรา

“เราถามว่าอะไรที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับเราเราจบลงด้วยยีนรหัสโปรตีน 61 ชนิดที่แตกต่างกันระหว่างมนุษย์สมัยใหม่และมนุษย์ยุคโบราณ” มูโอตรีกล่าว

ทีมงานเลือกที่จะมุ่งเน้นไปที่ยีนที่เรียกว่า NOVA1 เนื่องจากถือเป็น “ตัวควบคุมหลัก” ของยีนอื่น ๆ ที่มีผลต่อการพัฒนาระบบประสาทในช่วงต้นของมนุษย์สมัยใหม่ การเปลี่ยนแปลงของยีนนี้เชื่อมโยงกับความผิดปกติทางจิตเช่นโรคจิตเภทและออทิสติกเขากล่าว

จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เทคโนโลยีการแก้ไขยีน CRISPR ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2020 เพื่อแลกเปลี่ยนยีน NOVA1 ที่ทันสมัยสำหรับรุ่นเก่าแก่ในเซลล์ต้นกำเนิดของมนุษย์และทำให้เซลล์ต้นกำเนิดเติบโตเป็นออร์กาอยด์

“เป็นการทดลองที่ยากมาก” Grayson Camp ผู้ช่วยศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยบาเซิลในสวิตเซอร์แลนด์กล่าวซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยนี้

“Organoids ยากที่จะควบคุมหากมีการควบคุมทั้งหมดในนั้นเราคงเชื่อได้ว่าการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนเพียงครั้งเดียวนี้มีผลอย่างมากต่อพัฒนาการของสมองซึ่งเป็นเรื่องที่ไม่ธรรมดา”

‘ไม่มีเวทมนตร์ที่ทำให้เราเป็นมนุษย์’

การวิจัยที่กล้าหาญดังกล่าวมาพร้อมกับคำเตือนโดยธรรมชาติ

การแก้ไขยีนไม่ใช่กระบวนการที่สมบูรณ์แบบและการใส่ยีนโบราณเข้าไปในเซลล์ของมนุษย์ไม่ได้สร้างสิ่งที่จีโนมมนุษย์ยุคหินเป็นจริง Tony Capra รองศาสตราจารย์ด้านระบาดวิทยาและชีวสถิติในสถาบันวิทยาศาสตร์สุขภาพคอมพิวเตอร์ Bakar แห่งมหาวิทยาลัยกล่าว แห่งแคลิฟอร์เนียซานฟรานซิสโก

“ มันเป็นเรื่องท้าทายที่จะบอกว่าผลลัพธ์ของออร์กานอยด์ที่แตกต่างกันของมนุษย์ยุคหินจำเป็นต้องสะท้อนให้เห็นว่าสมองของมนุษย์ยุคหินพัฒนาขึ้นอย่างไร” เขากล่าว Capra ไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษา

“การเปลี่ยนแปลงนี้กำลังได้รับการประเมินในบริบทของจีโนมมนุษย์ดังนั้นตัวแปรในยุคโบราณจึงอยู่บนพื้นหลังทางพันธุกรรมที่ไม่ได้สะท้อนว่าจีโนมของมนุษย์ยุคหินเป็นอย่างไร”

อย่างไรก็ตาม Capra รู้สึกตื่นเต้นกับการวิจัยซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันพฤหัสบดีในวารสาร Science อย่างไรก็ตามเขาเตือนว่า “เราไม่ควรคาดหวังว่าจะมีเวทมนตร์ที่ทำให้เราเป็นมนุษย์

“ลักษณะส่วนใหญ่ที่ทำให้เราเป็นมนุษย์ยุคใหม่เมื่อเทียบกับมนุษย์ยุคหิน (หรือแม้แต่ลิงชิมแปนซี) นั้นมีความซับซ้อนทางพันธุกรรมมาก” คาปรากล่าว “จีโนมของเราหลายพันส่วนมีส่วนช่วยในการพัฒนาระบบประสาทและความรู้ความเข้าใจ”

เขากล่าวเสริมว่า “Organoids เป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้นเพราะช่วยให้เราสามารถทดสอบตัวแปรในการตั้งค่าที่ซับซ้อนได้มากกว่าเซลล์เดียว แต่ในที่สุดเราจะต้อง

การค้นพบทางโบราณคดีเมื่อเร็ว ๆ นี้ชี้ให้เห็นว่ามนุษย์ยุคหินมีความสามารถในการรับรู้หลายอย่างเช่นเดียวกับมนุษย์สมัยใหม่ตอนต้น แต่เช่นเดียวกับฟอสซิลและสิ่งประดิษฐ์จากหินมันไม่น่าเป็นไปได้ที่ neuroarchaeology จะสามารถให้คำตอบที่ชัดเจนได้ Capra กล่าว

“ เราจะไม่สามารถสร้างบริบททางสิ่งแวดล้อมและสังคมที่บุคคลเหล่านี้อาศัยอยู่หรือเหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นใหม่ได้สิ่งแวดล้อมมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดวิธีการที่จีโนมแสดงออกซึ่งเราจะต้องคาดเดาเสมอ

“ที่กล่าวมาฉันคิดว่าเราจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมจากกระดูกและจีโนมในอีกหลายปีข้างหน้า”