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利用古代DNA和CRISPR技术培育尼安德特人“迷你大脑”

让古代大脑重现生命,或许能揭示人类大脑进化的线索。

作者:Lacy Schley
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加州大学圣迭戈分校的遗传学家 Alysson Muotri 领导的团队之一,正利用古代DNA和最先进的基因编辑技术,创造尼安德特人“类脑器官”——这是我们进化上的近亲,在培养皿中生长出的、豌豆大小的粗糙类器官。研究人员希望借此深入了解大脑的进化,甚至弄清自闭症和精神分裂症等疾病的起源时间和方式。加州大学圣迭戈分校健康中心

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在人类历史的大部分时间里,智人(Homo sapiens)并非地球上唯一的人类。至少有半打其他物种属于人属(Homo),如今都已灭绝。我们进化上最近的近亲尼安德特人,大约在4万年前才灭绝,他们与我们有许多共同的特征,包括较大的大脑。

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直到最近,我们除了研究他们颅骨的结构和文物,无法真正了解尼安德特人的思维。这些研究可以为认知过程提供线索。现在,至少有两个实验室正在培养尼安德特人的“类脑器官”——这是在培养皿中从干细胞生长出来的、豌豆大小的粗糙三维大脑类器官。

类器官技术并非全新的。自2013年以来,科学家们一直在培养三维类器官,用于测试药物和揭示早期大脑发育的奥秘。但尼安德特人版本的类器官是新近才出现的。由于从化石中提取古代DNA的技术取得了飞速进展,以及基因编辑工具CRISPR的兴起,这种特殊的类器官才得以实现。研究人员可以使用CRISPR将尼安德特人的DNA片段插入到产生类器官的干细胞中。然后,他们观察这个微型“大脑”的生长。

由两种密切相关的物种——智人(顶部)和尼安德特人(底部)——生长出的类脑器官,即使在研究项目的早期阶段,在形状上也存在显著差异。尼安德特人微型大脑中的一个基因开关,引发了显著的发育变化。| Alysson Muotri

加州大学圣迭戈分校的遗传学家 Alysson Muotri 是进行这项研究的机构之一。他于6月在一个UCSD会议上介绍了他的团队的初步发现。(马克斯·普朗克进化人类学研究所也有一个团队在开发尼安德特人类脑器官。)他的实验室专注于我们的NOVA1基因,这是一种所谓的“主调控基因”,可以影响数百种其他基因的表达。当团队将尼安德特人等效的NOVA1基因替换进去时,类器官的神经结构出现了异常发育,这与自闭症患者的一些发育差异相似。

但Muotri深知,这离揭示尼安德特人的思维方式还远着呢。他们一次只测试一种基因突变,因此无法了解多种突变如何相互作用。目前的研究尚未达到能够测试功能差异的阶段。此外,模型的局限性也很明显:它只能近似于“类似新生儿”的发育,Muotri说,“但很难就成年大脑得出结论。”

尽管存在局限性,他相信这项工作最终将有助于我们弄清大脑是如何进化的,甚至可能 pinpoint 精神分裂症和自闭症等脑部疾病和障碍的起源。

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