多种技术结合为培育类器官提供可能

Alysson Muotri的实验室培育出了这些大脑，这些大脑是从人类干细胞中培育出来的，这些干细胞具有发育基因，并被编辑成尼安德特人曾经拥有的版本。照片来源:科恩/科学

到目前为止，研究人员必须研究一个实体，如果他们想了解尼安德特人的大脑和他们与现代人大脑的区别。很长一段时间以来，对这个灭绝的神秘人类亲属的神经学的最好理解来自于对其化石头骨内部空间的形状和体积的分析。

然而，最近三个热点领域的结合——古代DNA、CRISPR基因组编辑技术和用干细胞构建的“器官样”提供了一个有争议的新选择，尽管这一选择仍处于初始阶段。至少有两个研究小组正在设计干细胞，整合尼安德特人的基因，并将它们开发成反映古代DNA作用的“微型大脑”。

尽管这些研究的结果没有公布，但加州大学圣地亚哥医学院的遗传学家阿利松·穆奥蒂最近首次描述了尼安德特人的器官，他的团队在该校召开的题为“想象力和人类进化”的会议上对这些器官进行了研究。该团队用尼安德特人的DNA将干细胞诱导成豌豆大小的块，模仿真实大脑的外皮层。与典型人类细胞形成的大脑皮层小头相比，尼安德特人的器官具有不同的形状和不同的神经网络，其中一些可能会影响种族的社会能力。“我们正试图重建尼安德特人的思维，”Muotri说。

“我有点羡慕他们。”即将从亚特兰大埃默里大学国家灵长类研究中心退休的神经解剖学家托德·普罗斯(Todd Preuss)说，“从模拟器官到真正的大脑需要很长时间，但如果这项技术能够得到充分发展，它将提供更多关于正常组织结构的信息，那么你将得到一些可能非常有用的东西。”

德国莱比锡马克斯·普朗克研究所进化人类学研究所所长斯万特·帕珀预测，这项研究将引起怀疑，因为很难知道哪些基因差异是“功能相关的”，而这些器官仅代表大脑发育的早期阶段。"类似器官的组织远不能告诉我们成人大脑是如何工作的."帕博说，他的团队通过从骨头中寻找DNA破解了尼安德特人的基因组。他的团队也已经开始制造含有尼安德特人大脑基因的器官，但是他强调这项技术可能会带来意想不到的突变。“有许多控制实验要做，我认为我们有很大希望解决这些问题。”Paabo说，他计划将尼安德特人的类大脑器官与从黑猩猩或现代人类细胞发展而来的器官进行比较。

Muotri的研究集中在NOVA1上，NOVA 1是尼安德特人和现代人之间大约200种不同的蛋白质编码基因之一，在现代人的早期大脑发育中发挥作用，也与自闭症和精神分裂症有关。因为它控制其他基因的核糖核酸剪接，并可能帮助尼安德特人形成100多种新的大脑蛋白质。便利的是，尼安德特人基因和现代人类基因之间只有一个碱基对差异。Muotri和他的合作者从“神经典型人群”(没有任何与神经系统疾病相关的已知遗传缺陷的人群)的皮肤细胞开始，并操纵他们的基因组将他们转化为多能干细胞。该团队使用CRISPR技术锁定NOVA1，并用尼安德特人碱基对替换现代碱基对。为了避免被CRISPR产生的“偏离目标”的DNA变化和干细胞生产中可能的遗传错误所误导，他们对形成的细胞进行测序，并丢弃任何具有意外突变的细胞。

这些差异中的一些反映了Muotri在自闭症儿童大脑神经元发育研究中发现的问题。“我不想让一些家庭得出这样的结论，即我将自闭症儿童与尼安德特人进行比较，但这是一个重要的观察结果。”Muotri说他的继子患有自闭症。在现代人身上，这些类型的变化与社会化所需的大脑发育缺陷有关。如果人们认为这是我们相对于尼安德特人的优势之一，那么这是相关的。

Muotri已经开发了现代人类大脑器官，其团队在这个阶段可以检测到大型器官中的振荡电信号。他们将这些器官连接到一个类似螃蟹的机器人上，希望这些器官能够学会控制机器人的运动。最后，Muotri想让他们和由尼安德特人大脑控制的机器人战斗。

“这有点疯狂。”“但这是一门创造性的科学，”西蒙·费希尔说，他是荷兰尼梅亨马克斯·普朗克语言心理学研究所的遗传学家。(晋南编)

中国科学新闻(2018-07-03第三版国际版)

阅读更多

科学相关文章