پرورش مینی‌مغزهای حاوی DNA نئاندرتال در آزمایشگاه

اکنون می‌دانیم که بسیاری از ما تا حدی نئاندرتال هستیم و ژن‌های ما آثاری از برخوردهای گذشته میان اجداد اولیه‌ی ما و انسان‌تباران عصر سنگ را که تا حدود ۴۰ هزار سال پیش در اروپا زندگی می‌کردند، با خود به همراه دارد.

شواهد مربوط به اختلاط انسان‌های اولیه با نئاندرتال‌ها، در سال ۲۰۱۰ پس از اینکه دانشمندانی تحت هدایت ژنتیکدانی به نام سوانته پابو روش‌هایی برای استخراج، توالی‌یابی و تجزیه‌و‌تحلیل DNA باستانی از استخوان‌های نئاندرتال توسعه دادند و ژنوم آن‌ها را به‌طور دقیق ترسیم کردند، حاصل شد. اکنون تیمی از پژوهشگران اروپایی آن علم را به سطحی بالاتر برده‌اند و گویچه‌هایی از بافت مغز را از سلول‌های بنیادی انسان که حاوی DNA نئاندرتال و پروتئین‌ها است، پرورش می‌دهند با این امید که دانش بیشتری در زمینه‌ی نحوه‌ی ارتباط نئاندرتال‌ها با انسان‌های مدرن به‌دست آورند.

گریسون کمپ، رهبر گروه پژوهشی در موسسه‌ی چشم‌پزشکی بالینی و مولکولی در بازل سوئیس و نویسنده‌ی مطالعه‌ی جدید گفت: «ما کنجکاو بودیم که اگر به سلول‌های بنیادی افراد مناسب دسترسی داشته باشید، چه مقدار از ژنوم نئاندرتال را می‌توانید کشف کنید.» او گفت این پژوهش اثبات مفهومی بود که به‌طور بالقوه می‌تواند به درک تفاوت‌های شناختی و دیگر تفاوت‌ها میان انسان‌ها و نئاندرتال‌ها کمک کند، اگرچه هنوز مرحله‌ی اولیه‌ی پژوهش است. کمپ که استادیاری در دانشگاه بازل است، همچنین بافت مغزمانندی را از سلول‌های شامپانزه ساخته است تا بفهمد که مغز انسان از زمان جدایش انسان‌ها از شامپانزه‌ها و دیگر کپی‌ها چگونه تغییر کرده است.

این ارگانوئیدهای مغزی کوچک سه‌بعدی از سلول‌های انسانی که حاوی DNA نئاندرتال هستند، ساخته شده است

در پژوهش جدید که در مجله‌ی Cell Stem Reports منتشر شده است، از سلول‌های بنیادی پروژه‌ی HipSci استفاده شده است که اخیرا یک بانک زیستی از سلول‌های بنیادی انسان‌های متفاوت زیادی ایجاد کرده است. کمپ گفت تقریبا تمام رده‌های سلولی موجود در این بانک زیستی از مردم دارای تبار بریتانیایی و اروپای شمالی است؛ جمعیتی که به احتمال زیادی دارای ژن‌های نئاندرتال هستند. کمپ در‌این‌باره توضیح داد:

ما ژنوم هریک از این افراد را که سلول‌های بنیادی آن‌ها وجود داشت، تجزیه‌و‌تحلیل کردیم و با مقایسه‌ی آن‌ها با ژنوم مرجعی که به‌وسیله‌ی آزمایشگاه پابو تولید شده بود، توانستیم متوجه شویم که کدام بخش‌ها احتمالا از نئاندرتال‌ها منشا گرفته و کدام بخش‌ها دارای منشا نئاندرتال نیستند. به ازای هر فرد، چیزی حدود ۱ تا ۴ درصد از ژنوم احتمالا از نئاندرتال‌ها مشتق شده است. سپس اگر به ۲۰۰ فرد نگاه کنید، می‌توانید حدود ۲۰ درصد از این ژن‌های نئاندرتال را پیدا کنید. این بدان معنا است که این منبع سلول‌های بنیادی درمجموع اکثر ژن‌های نئاندرتال موجود در اروپایی‌ها را دارا است.

پژوهشگران سپس ارگانوئیدهای مغزی (گویچه‌هایی از بافت مغز که اندازه‌ی آن‌ها فقط به چند میلی‌متر می‌رسد و به‌زحمت با چشم غیرمسلح دیده می‌شوند) از این سلول‌ها را با پرورش آن‌ها در ظرف آزمایشگاهی همراه با فاکتور رشد تولید کردند. ارگانوئیدها که به شیوه‌ای ابتدایی بسیاری از اعضای بدن را تقلید می‌کنند، می‌توانند برای آزمایش اثرات خاص ایمنی داروها در خارج از بدن مورد استفاده قرار گیرند، چیزی که حوزه‌هایی مانند درمان سرطان را متحول و شخصی‌سازی کرده است. کمپ گفت: «البته پژوهشگران قبلا ارگانوئیدهای حاصل از سلول‌های انسان را تولید و تجزیه‌و‌تحلیل کرده‌اند، فقط کسی به این موضوع توجه نکرده است که DNA نئاندرتال ممکن است چه کاری انجام دهد.»

نشان داده شده است که سلول‌های عصبی درون ارگانوئیدها مغزی رشدیافته در آزمایشگاه که گاهی مینی‌مغز خوانده می‌شود، اتصالاتی ایجاد کرده و گاهی فعالیت الکتریکی تولید می‌کنند، اما اصلا به مغز واقعی یک انسان بالغ نزدیک نیستند.

کمپ گفت در آینده بافت‌های دیگر بخش‌های بدن می‌تواند به این روش کشت داده و مورد مطالعه قرار گیرند تا ببینیم چگونه صفات نئاندرتال ممکن است ویژگی‌های ما را شکل داده باشد. برای مثال، با توجه به اینکه درحال‌حاضر تولید ارگانوئیدهای پوستی دارای جوانه‌های مو میسر است، ژن‌های نئاندرتال در سلول‌های بنیادی که با رنگ پوست و مو ارتباط دارند، می‌تواند برای بررسی این صفات استفاده شود. به‌طور مشابه ممکن است بتوان از آن برای ایجاد ارگانوئیدهای روده استفاده کرد تا ببینیم که چگونه مجموعه آنزیم‌ها غذا را فرایند می‌کنند و اطلاعاتی درمورد رژیم غذایی نئاندرتال‌ها به دست آوریم. وی افزود دسترسی به سلول‌های بنیادی از دیگر جمعیت‌ها در سرتاسر جهان برای مطالعه‌ی DNA انسان‌تباران دنیسووا (خویشاوندان باستانی نئاندرتال‌ها که DNA آن‌ها در اروپایی‌ها موجود نیست) جالب خواهد بود.

به‌گفته‌ی کمپ، اگرچه با توجه به تغییرات فنی در کشت این سلول‌ها ممکن است چند سال طول بکشد تا این تکنیک داده‌های جالبی ارائه دهد. او گفت: «انجام صحیح این آزمایش‌ها دشوار است، زیرا کسی انتظار ندارد اختلاف‌های بزرگی وجود داشته باشد: نئاندرتال‌ها و انسان‌ها بسیار شبیه هم بوده‌اند. همچنین این سیستم‌های کشت هنوز بهینه نیستند.»