Izoloval DNA z egyptských múmií. Objavil Denisovanov, vyhynutý druh starovekého človeka, pomocou sekvenovania DNA z maličkého kúska kosti. Viedol rozsiahlu štúdiu na rekonštrukciu neandertálskeho genómu - a našiel stopy ich génov, ktoré sa v niektorých z nás stále skrývajú. Teraz chce švédsky genetik Dr. Svante Paabo opäť obrátiť paleontológiu hore nohami - tentoraz plánuje pestovať neandertálske kmeňové bunky v malých mozgových organoidoch v skúmavke.
Neplánuje úplne obnoviť neandertálsky mozog v kade - skôr chce použiť úpravu génov, aby ľudským kmeňovým bunkám dal niekoľko variantov génov nájdených v neandertálcoch. Tieto upravené kmeňové bunky sa potom umiestnia do malých mozgových buniek, ktoré napodobňujú vývoj mozgu plodu, s vlastnými krvnými cievami, nervovými sieťami a funkčnými synapsiami.
Porovnaním rastu neredertalizovaných mini-mozgov s ľudským rastom Paabo dúfa, že vyzdvihne genetické faktory, vďaka ktorým je nás tak jedinečný.
„Neandertálci boli inteligentní ako ostatní cicavce. Nevstúpili do oceánu, pokiaľ nevideli druhý breh, “hovorí Paabo. "Ale pre mňa je najväčšou otázkou v histórii ľudstva: prečo sme sa stali tak zúfalí?"
DNA revolúcia
Paleontológovia dlho premýšľali, ako evolúcia oslepila naše úžasné mozgy. Pri porovnaní našej genetiky s genetikou našich najbližších opíc bratrancov genetici starostlivo izolovali hrsť kriticky odlišných génov. Napríklad sa zdá, že malé mutácie v FOXP2 sú základom našej schopnosti vytvárať zložité fonémy a slová. Niektorí dokonca veria, že FOXP2 je kľúčovým biologickým prínosom, ktorý nám dáva náš bohatý a bohatý jazyk.
Bohužiaľ, porovnávanie genómov môže odhaliť iba gény, ktoré sa líšia medzi ľuďmi a ľudoopmi - ale to, ako tieto gény formovali náš vývoj mozgu, zostáva nezodpovedané.
Propagačné video:
„V minulosti sme sa obmedzovali len na skúmanie údajov o sekvenovaní a katalogizáciu rozdielov u ostatných primátov,“nariaďuje neurogenetik Simon Fischer, ktorý v Holandskom Nijmegene vedie Psychologický lingvistický ústav Maxa Plancka. „Po rokoch práce s tradičnými nástrojmi sme boli trochu sklamaní.“
Teraz vďaka úžasnej technológii DNA sa všetko zmení.
Asi pred tridsiatimi rokmi začal Paabo vážne uvažovať o radikálnej myšlienke: môže sa DNA extrahovať z mŕtvych tkanív? Aj keď je DNA relatívne stabilná v porovnaní s inými biomolekulami, ako sú proteíny, po smrti sa rýchlo rozpadá. Slávna dvojitá špirála, starostlivo stočená z prírody do kompaktných štruktúr, sa časom rozpadá na kratšie a kratšie úlomky. Vrátenie týchto fragmentov späť do súvislých štruktúr sa ukázalo byť mimoriadne ťažké, ale v roku 1985 Paabo presvedčivo preukázal, že pomocou zvyškov 2 400 rokov starej múmie sa to dá dosiahnuť.
Tento objav vrhol dvere paleontológie. Vedci už nie sú viazaní tradičnou DNA moderných živých druhov; teraz majú silný nástroj na návrat späť v čase a na skúmanie DNA stratenej v histórii.
Oslepený týmto počiatočným úspechom sa Paabo obrátil na neandertálcov, záhadnú vetvu ľudí, ktorá zanikla pred viac ako 30 000 rokmi. V roku 2016 publikoval prvý úplný genóm neandertálskeho, šokujúceho vedca a verejnosť so zaujímavým nálezom: 1 až 6 percent neandertálskych génov bolo prítomných u ľudí z Európy, Stredného východu a Ďalekého východu. Inými slovami, v určitom okamihu starovekej histórie naši predkovia tancovali horizontálne tango so svojimi neandertálskymi bratrancami a my sme priamym odkazom týchto tancov.
„Neandertálci zanechali stopy na DNA ľudí, ktorí dnes žijú. Je veľmi cool. Neandertálci neboli úplne vyhynutí, “povedal v tom čase Paabo.
Jeho objav viedol k širšej otázke: Do akej miery s nami neandertálci súvisia? Podobne ako moderní ľudia, aj tieto široko rozšírené hominidy s prominentnou čeľusťou žili v jaskyniach a maľovali na stenách, vyrábali klobúky a zdobili svoje telá kvetmi dlho predtým, ako sa moderní ľudia v Európe vydali na cestu. Zanikli však a počet ľudí dosiahol milión a rozptýlené po celom svete.
Porovnaním našich genómov tím Paabo identifikoval niekoľko oblastí obsahujúcich variácie DNA - zmeny, ktoré by mohli pomôcť ľuďom prispôsobiť sa. Medzi ne patria genomické regióny, ktoré zohrávajú úlohu v kognitívnom rozvoji.
Aj keď naše divoko odlišné osudy nemusia úplne súvisieť s rozdielmi v poznaní, Paabo si myslí, že je to dobré miesto, kde začať. A vďaka organelám mozgu teraz môže vyskúšať svoj nápad.
Mozgové gule
Mozgové organoidy sa nazývajú odlišne: mozgové gule, mini-mozgy, mozgové organely. Tieto bizarné gule alebo mozgové kvapky, ktoré boli prvýkrát vyvinuté v roku 2013, vyzerajú dosť strašidelne. Ale pretože ich rast odráža vývoj ľudského embryonálneho mozgu, tieto gule sa rýchlo stali obľúbenou hračkou pre neurovedcov.
Existuje veľa rôznych receptov na výrobu mozgových organel, ale zvyčajne sa vyrábajú z ľudských kmeňových buniek. Bunky sa pod prísnym dohľadom pomaly vyvíjajú na deformované kúsky mozgového tkaniva pomocou chemickej polievky. Podobne ako v skutočnom ľudskom mozgu obsahuje väčšina kvapiek štruktúru podobnú mozgovej kôre, zvrásnenú vonkajšiu vrstvu mozgu, ktorá organizuje kognitívne funkcie na vyššej úrovni, ako je pozornosť, jazyk a myšlienka.
Po dostatočnom čase sú neuróny vnútri mozgových guličiek naplnené elektrickou aktivitou a napojené na nervové siete, pričom niektoré spojenia sa tiahnu celým organoidom. Tieto mozgové kvapky nie sú „mini-mozgy“v tom zmysle, že môžu myslieť alebo cítiť, nie. Dôkladná analýza ich bunkového zloženia a génovej expresie však odhalila súbor funkčných typov neurónov, ktorých kombinovaná práca pripomína mozog embrya druhého trimestra.
Inými slovami, mozgové gule sú ideálnymi kandidátmi na štúdium vývoja mozgu. Od svojho vzniku sa používajú na napodobňovanie autizmu, schizofrénie a na štúdium účinkov vírusu Zika na mozog plodu.
A teraz vďaka Paabovi nájdu aplikácie v paleontológii.
Oživenie neandertálcov
Na obnovenie celého neandertálskeho genómu by vedci museli zmeniť milión génov. Tento ambiciózny cieľ nie je v súčasnosti možný ani so sofistikovanými nástrojmi na úpravu genómu, ako je CRISPR.
Namiesto toho, aby zhruba upravil všetky neandertálske varianty do ľudských kmeňových buniek, Paabo používa jemnejší prístup: zavádza iba tri kľúčové gény, ktoré sa líšia medzi ľuďmi a neandertálcami, a potom sleduje účinky týchto génov na vývoj mozgu.
Toto je overená metóda.
Pred niekoľkými rokmi v spolupráci s Wielandom Hattnerom, neurovedcom v Inštitúte Maxa Plancka pre molekulárnu biológiu a genetiku molekúl, tím pestoval mozgové organely pomocou leukocytov od ľudí a iných primátov. Kvapky mozgu sa vyvíjali v priebehu niekoľkých týždňov, čo vedcom umožňuje porovnávať a porovnávať, ako sa rast buniek líši medzi druhmi. Pomocou živej mikroskopie vedci zistili, že ľudské bunky sa stávajú jedenkrát a pol krát dlhšie ako opice, aby svoje chromozómy zarovnali pred rozdelením na dcérske bunky. A toto predĺženie nejako pomáha ľuďom vytvárať oveľa viac nervových kmeňových buniek ako naši najbližší príbuzní primátov.
Paabo dúfa, že nájde viac týchto pozoruhodných rozdielov v neandertálskych mini mozgoch, pretože by mohli vysvetliť, prečo si moderní ľudia dobyli ako druh.
„Najlepším výsledkom by bolo, že genetické zmeny vedú k dlhšiemu alebo rozvetvenému rastu neurónov,“hovorí. „Dalo by sa povedať, že toto je biologický základ, prečo naše mozgy fungujú odlišne.“
Koniec koncov, toto je len začiatok štúdie ľudskej jedinečnosti, ktorá sa stala možnou až teraz.
Ilja Khel