Neandervölgyi génekből hoztak létre miniagyakat, hogy felfedjék az emberi agy evolúcióját

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

A modern ember (Homo sapiens) ősei még 40 ezer évvel ezelőtt is együtt éltek a Földön legközelebbi rokonaikkal, akiket ma neandervölgyi és gyenyiszovai embereknek nevezünk, így ezek a csoportok valószínűleg keveredtek is egymással, mielőtt utóbbiak teljesen eltűntek. Ennek okait, valamint az emberi nem (Homo) különböző alfajai közötti különbségeket régóta kutatják, de az elmúlt évtizedben egy új eszköz is elérhetővé vált a kutatók számára: az ősi DNS-minták vizsgálata.

E három alfaj, tehát a Homo sapiens sapiens, a Homo sapiens neanderthalensis és a Homo sapiens denisova olyan közeli rokonok, hogy a fehérjék szintjén is alig találni különbséget közöttük, ezért is olyan nagy szó, hogy egy nemzetközi kutatócsoportnak most sikerült olyan fehérjekódoló géneket azonosítania, amelyek a neandervölgyi és gyenyiszovai embereknél különböző változatokban fordultak elő, mint a mai embereknél – több tízezer közös gén vizsgálata során összesen 61 ilyet találtak.

A kutatók ezek közül a NOVA1 nevű gént választották a kísérletük tárgyául, aminek ősi változata nemcsak az ember ősi rokonainál, de minden állatnál, így valószínűleg a Nagy Közös Ősnél is ugyanabban a formában volt jelen, míg a modern ember DNS-ében található változata egy aminosav cseréjével mutálódott. A NOVA1 azért is izgatta különösen a kutatókat, mert ez a gén befolyásolja az idegsejtek fehérjeszintézisét, vagyis az agy fejlődésére is hatással lehet.

Három friss technológia ötvözésével forradalmasítják az agykutatást

A Science folyóiratban közzétett tanulmány szerint a kutatóknak három olyan technológia segítségével sikerült az ősi rokonok agyi fejlődését modellezniük, amit az elmúlt években fejlesztettek ki. Elsőként felnőtt emberi sejtekből visszaprogramozott őssejteket, azaz indukált pluripotens őssejteket hoztak létre, majd a CRISPR génszerkesztési technológia segítségével bevitték a NOVA1 géneket ezekbe az őssejtekbe. Az így tenyésztett sejtekből aztán úgynevezett organoidokat vagy „miniagyakat” (5 milliméteres átmérőjű, agykéregszerű szöveteket) hoztak létre, és vártak, hogy annak fejlődése során milyen különbségek mutatkoznak meg a hasonló technikával növesztett modern emberi miniagyakhoz képest.

Az egyből feltűnt a kutatóknak, hogy a neandervölgyi miniagyak lassabban fejlődtek, kisebbek voltak, komplexebb alakzatban jelentek meg, illetve gyakrabban jártak sejthalállal. De az egyértelműen látható különbségek mellett molekuláris szinten is megfigyeltek változásokat: összesen 277 gén mutatott különböző aktivitást az ősi és a modern organoidokban. Ezek között több olyan gén volt, amely az idegsejtek fejlődését és összekapcsolódását is befolyásolja, így az ősi miniagyban más struktúrában alakultak ki a szinapszisok (a sejtek közötti kapcsolódási helyek), és a neuronok tüzelése is kevésbé rendezetten zajlott a modern emberi kontroll-miniagyakhoz képest.

Balra a modern emberi sejtekből létrehozott miniagyak, jobbra pedig azok, amelyek neandervölgyi gének felhasználásával készültekFotó: C. A. Trujillo et al. 2021 / Science

Kirívó eredmények egyelőre nincsenek, de maga a technológia fontos mérföldkő az agykutatásban. „A legfontosabb felfedezés az, hogy ha egy gént visszaállítunk az ősi állapotába, akkor annak látjuk a hatását az organoidban” – mondta a Nature-nek Wolfgang Enard, a müncheni Lajos–Miksa Egyetem (Ludwig-Maximilians-Universität, LMU) evolúciógenetikusa. Enard több kollégájával együtt arra figyelmeztet, hogy a miniagyak természetesen nem reprezentálják teljesen a neandervölgyi vagy a gyenyiszovai emberek agyát, de azt elismerik, hogy ez a technika segíthet jobban megérteni a főemlősök rendjén belül lezajlott agyi evolúció folyamatát.

A kutatók hamarosan más ősi génekkel is elvégzik ezt a procedúrát, így azt remélik, hogy idővel sikerül összeilleszteni az emberi agy evolúciójának kirakóját, ami segíthet felfejteni az agyat érintő betegségek rejtélyeit.

Vannak, akik máig hordozzák a neandervölgyi mutációkat

Hogy milyen felfedezéseket lehet tenni a neandervölgyi emberek genomjának vizsgálata alapján, azt jól példázza a lipcsei Max Planck Evolúciós Antropológiai Intézet tavalyi kutatása, amely során megállapították, hogy a neandervölgyiek egy genetikai mutáció miatt nagyobb fájdalomérzettel rendelkeztek, mint elődjeik.

Az elmúlt években horvát és orosz barlangokban talált DNS-minták alapján három neandervölgyi genomot is sikerült szekvenálni jó minőségben, ezek alapján sikerült a NaV1.7 fehérjét kódoló SCN9A gén mutációját is felfedni: a mutálódott gént mindhárom neandervölgyi kromoszómapárjában megtalálták, ami arra utal, hogy az egész fajra jellemző lehetett.

Neandervölgyi figurák egy fontos német lelőhelyen, Alsó-Szászország tartománybanFotó: SWEN PFORTNER/dpa Picture-Alliance

Mivel a neandervölgyi gének körülbelül 30 százaléka a mai emberekben is megtalálhatók, a Max Planck Intézet kutatói a UK Biobankhez fordultak, ahol félmillió brit állampolgár genomját tárolják: a mutálódott gén egy változatának jelenlétét az adatbázisban szereplők 0,4 százalékánál kimutatták, és az adatok szerint ezek az emberek 7 százalékkal többször számoltak be fájdalomról, mint az adott mutációval nem rendelkező többség.

Arra persze ennyiből nem lehet következtetni, hogy miért alakult ki ez a mutáció, de a Current Biology című folyóiratban megjelent tanulmány szerint a változás a természetes szelekció folyamatára utal, így a neandervölgyieknek valószínűleg valami olyan körülményhez kellett alkalmazkodniuk, amely fokozott fájdalomérzékelést igényelt. A kutatócsoport még körülbelül 100 neandervölgyi ember genomjának szekvenálását jelentette be, azt állítva, hogy azok vizsgálatával még több hasonló eredményre, és még pontosabb magyarázatokra juthatnak.

Járvány, klímaváltozás, forradalmak – mindez csak három dermesztő arca annak a felbolydult világnak, ami ránk vár. Lesz még neki jó pár. Ha teheted, segítsd a munkánkat, mi megháláljuk a bizalmadat, és ebben a nagy zavarodottságban hitelesen, alaposan és közérthetően magyarázzuk el, hogy a legégetőbb kérdésekre milyen válaszokat adnak a sárgolyó legnagyobb elméi. Maradj velünk. Támogatom a Qubit szerkesztőségét!

* * *
Az Energiahajó legújabb részében szakértőink arról vitáznak majd, hogy ki áll nyerésre Európa energiaellátásáért folyó harcban, és vajon milyen arcát fogja nekünk mutatni az orosz medve a következő években? Február 22-én, hétfőn 18:00-tól Facebook Live-on. Ne maradj le!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: