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原题目:Science:人类在实验室创建了微型“大脑”,含祖先基因的那种

杨净 发自 凹非寺

量子位 报道 | 民众号 QbitAI

Science最新研究解释,人类已经缔造了一个类似大脑的“器官体”。

来自加州大学圣地亚哥分校的科学家们,将 古基因变体引入人类多功效干细胞,最终天生了大脑器官体。

这一古基因变体包罗两种已经灭绝的古人类物种——尼安德特人 和丹尼索瓦人 的基因。

科学家Pick的缘故原由,是他们与 现代人基因组总体上异常相似。

不外这一器官体,包罗巨细、形状和质地上都与人类器官有显著的差异。但值得一定的是,这一研究可以辅助领会人类大脑进化的遗传途径。

若何实现?

以往的研究解释,这两种古人类,尼人和丹人,与人的亲缘关系比任何在世的灵长类动物都要亲切。

以尼人为例,在现代人身上仍然可以找到约40%的尼人基因组漫衍。

但由于软组织保留并不完好,大多数研究都依赖于检查头骨化石的巨细和形状,无法真正领会这些物种与人类的基因有何差别。

因此,加州大学圣地亚哥分校的研究员们就想到了这一方式:

将古基因变体引入人类多功效干细胞,天生类似大脑的器官体。

首先,选择表达基因。

研究人员将人类基因组序列库与两个尼人和一个丹人的基因组对照,效果发现有62个基因与人类物种始终差别。

其中,NOVA1介入形成大脑的突触或神经毗邻,并在其活性发生改变时与神经系统疾病相关。

D,现代人类的系统发育;E:NOVA1的3D结构

而人类的NOVA1基因与古老的变体 的差别之处,是一个单一碱基。

因此研究人员使用基因编辑手艺,在多功效干细胞中将人类的NOVA1等位基因替换成尼人和丹人的等位基因。效果导致了一种氨基酸的转变——异亮氨酸酿成缬氨酸。

为了研究这种氨基酸在人类中的功效主要性,研究人员通过 功效性皮质器官跟踪多功效干细胞的神经发育。

实验效果

最终,他们将这些细胞培养成器官体——类似于大脑的组织团块,直径达5毫米,外面略微粗拙,形状也跟人类的不太一样。

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上:人类器官;下:含古基因变体的大脑类器官

其中一个研究者示意,这可能是由于细胞生长和滋生方式的差别。

此外,另有在分子水平上的差异。

1个月大皮质器官的冷冻切片,上为人类器官,下为古基因变体的类器官

研究小组发现,这一器官体含有差别水平的突触蛋白,其神经元的发射模式也不如对照组织 中的神经元有序。另有证据解释,它们成熟得更快。

专家谈论

对于这项研究,不少生物遗传领域的专家给出了差别的意见。

有持嫌疑态度的。

瑞士巴塞尔大学的发育生物学家格雷坎普示意,

这些古基因器官体不太可能完全代表真正的尼人组织,相反,观察到的特征,可能只是改变人类某种一种主要蛋白质的效果。

德国进化遗传学家Wolfgang Enard也对器官体能告诉我们古人类大脑相关信息示意嫌疑,但他惊讶于这幺小的基因变异引起云云显著的转变。

最主要的发现是,将基因恢复到祖先的状态,能够看到器官体效果。

美国范德堡大学的进化神经科学家Suzana Herculano-Houzel说,使用编辑后的类器官方式来研究灵长类动物的大脑进化,是很有用的。

而本次研究团队的通讯作者——加州大学圣地亚哥分校,细胞与分子医学系教授 Alysson R. Muotri,则示意这一研究可以辅助明白将人类带到现在状态的进化途径。

进一步的,可以研究一些人类大脑的特有疾病。

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