Science：人類在實驗室創(chuàng)建了微型大腦，含祖先基因的那種
直徑達5毫米，表面略微粗糙
楊凈?發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
Science最新研究表明，人類已經(jīng)創(chuàng)造了一個類似大腦的“器官體”。
來自加州大學(xué)圣地亞哥分校的科學(xué)家們，將古基因變體引入人類多功能干細胞，最終生成了大腦器官體。
這一古基因變體包含兩種已經(jīng)滅絕的古人類物種——尼安德特人（Neanderthals）和丹尼索瓦人（Denisovans）的基因。（后續(xù)其簡稱尼人和丹人）
科學(xué)家Pick的原因，是他們與現(xiàn)代人基因組總體上非常相似。
不過這一器官體，包括大小、形狀和質(zhì)地上都與人類器官有明顯的差異。但值得肯定的是，這一研究可以幫助了解人類大腦進化的遺傳途徑。
如何實現(xiàn)？
以往的研究表明，這兩種古人類，尼人和丹人，與人的親緣關(guān)系比任何活著的靈長類動物都要密切。
以尼人為例，在現(xiàn)代人身上仍然可以找到約40%的尼人基因組分布。
但因為軟組織保存并不完好，大多數(shù)研究都依賴于檢查頭骨化石的大小和形狀，無法真正了解這些物種與人類的基因有何不同。
因此，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究員們就想到了這一方法：
將古基因變體引入人類多功能干細胞，生成類似大腦的器官體。
首先，選擇表達基因。
研究人員將人類基因組序列庫與兩個尼人和一個丹人的基因組比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有62個基因與人類物種始終不同。
其中，NOVA1參與形成大腦的突觸或神經(jīng)連接，并在其活性發(fā)生改變時與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)。
△D，現(xiàn)代人類的系統(tǒng)發(fā)育；E：NOVA1的3D結(jié)構(gòu)
而人類的NOVA1基因與古老的變體（仍存在于其他靈長類動物中）的不同之處，是一個單一堿基。
因此研究人員使用基因編輯技術(shù)，在多功能干細胞中將人類的NOVA1等位基因替換成尼人和丹人的等位基因。結(jié)果導(dǎo)致了一種氨基酸的變化——異亮氨酸變成纈氨酸。
為了研究這種氨基酸在人類中的功能重要性，研究人員通過功能性皮質(zhì)器官跟蹤多功能干細胞的神經(jīng)發(fā)育。
實驗結(jié)果
最終，他們將這些細胞培養(yǎng)成器官體——類似于大腦的組織團塊，直徑達5毫米，表面略微粗糙，形狀也跟人類的不太一樣。
△上：人類器官；下：含古基因變體的大腦類器官
其中一個研究者表示，這可能是因為細胞生長和繁殖方式的不同。
此外，還有在分子水平上的差異。
△1個月大皮質(zhì)器官的冷凍切片，上為人類器官，下為古基因變體的類器官
研究小組發(fā)現(xiàn)，這一器官體含有不同水平的突觸蛋白，其神經(jīng)元的發(fā)射模式也不如對照組織（人類器官）中的神經(jīng)元有序。還有證據(jù)表明，它們成熟得更快。
專家評論
對于這項研究，不少生物遺傳領(lǐng)域的專家給出了不同的意見。
有持懷疑態(tài)度的。
瑞士巴塞爾大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家格雷坎普表示，
這些古基因器官體不太可能完全代表真正的尼人組織，相反，觀察到的特征，可能只是改變?nèi)祟惸撤N一種重要蛋白質(zhì)的結(jié)果。
德國進化遺傳學(xué)家Wolfgang Enard也對器官體能告訴我們古人類大腦相關(guān)信息表示懷疑，但他驚訝于這么小的基因變異引起如此明顯的變化。
最重要的發(fā)現(xiàn)是，將基因恢復(fù)到祖先的狀態(tài)，能夠看到器官體效果。
美國范德堡大學(xué)的進化神經(jīng)科學(xué)家Suzana Herculano-Houzel說，使用編輯后的類器官方法來研究靈長類動物的大腦進化，是很有用的。
而本次研究團隊的通訊作者——加州大學(xué)圣地亞哥分校，細胞與分子醫(yī)學(xué)系教授Alysson R. Muotri，則表示這一研究可以幫助理解將人類帶到目前狀態(tài)的進化途徑。
進一步的，可以研究一些人類大腦的特有疾病。
參考鏈接：
https://www.nature.com/articles/d41586-021-00388-2?utm_source=twt_nnc&utm_medium=social&utm_campaign=naturenews
https://www.reddit.com/r/science/comments/lhu2c6/neanderthallike_minibrains_created_in_lab_with/
https://science.sciencemag.org/content/371/6530/eaax2537
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