Science：人类在实验室创建了微型“大脑”，含祖先基因的那种

来源：量子位

杨净 发自 凹非寺

量子位 报道 | 公众号 QbitAI

Science最新研究表明，人类已经创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能干细胞，最终生成了大脑器官体。

这一古基因变体包含两种已经灭绝的古人类物种——尼安德特人（Neanderthals）和丹尼索瓦人（Denisovans）的基因。（后续其简称尼人和丹人）

科学家Pick的原因，是他们与现代人基因组总体上非常相似。

不过这一器官体，包括大小、形状和质地上都与人类器官有明显的差异。但值得肯定的是，这一研究可以帮助了解人类大脑进化的遗传途径。

如何实现？

以往的研究表明，这两种古人类，尼人和丹人，与人的亲缘关系比任何活着的灵长类动物都要密切。

以尼人为例，在现代人身上仍然可以找到约40%的尼人基因组分布。

但因为软组织保存并不完好，大多数研究都依赖于检查头骨化石的大小和形状，无法真正了解这些物种与人类的基因有何不同。

因此，加州大学圣地亚哥分校的研究员们就想到了这一方法：

将古基因变体引入人类多功能干细胞，生成类似大脑的器官体。

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比较，结果发现有62个基因与人类物种始终不同。

其中，NOVA1参与形成大脑的突触或神经连接，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（仍存在于其他灵长类动物中）的不同之处，是一个单一碱基。

因此研究人员使用基因编辑技术，在多功能干细胞中将人类的NOVA1等位基因替换成尼人和丹人的等位基因。结果导致了一种氨基酸的变化——异亮氨酸变成缬氨酸。

为了研究这种氨基酸在人类中的功能重要性，研究人员通过功能性皮质器官跟踪多功能干细胞的神经发育。

实验结果

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，表面略微粗糙，形状也跟人类的不太一样。

△上：人类器官；下：含古基因变体的大脑类器官

其中一个研究者表示，这可能是因为细胞生长和繁殖方式的不同。

此外，还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，这一器官体含有不同水平的突触蛋白，其神经元的发射模式也不如对照组织（人类器官）中的神经元有序。还有证据表明，它们成熟得更快。

专家评论

对于这项研究，不少生物遗传领域的专家给出了不同的意见。

有持怀疑态度的。

瑞士巴塞尔大学的发育生物学家格雷坎普表示，

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重要蛋白质的结果。

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表示怀疑，但他惊讶于这么小的基因变异引起如此明显的变化。

最重要的发现是，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法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，则表示这一研究可以帮助理解将人类带到目前状态的进化途径。

进一步的，可以研究一些人类大脑的特有疾病。

参考链接：

https://www.nature.com/articles/d41586-021-00388-2?utm_source=twt_nnc&utm_medium=social&utm_campaign=naturenews

https://www.reddit.com/r/science/comments/lhu2c6/neanderthallike_minibrains_created_in_lab_with/

https://science.sciencemag.org/content/371/6530/eaax2537

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