Izoloval DNA z egyptských mumií. Objevil Denisovany, vyhynulý druh starodávného člověka, sekvenováním DNA z malého kousku kosti. Vedl rozsáhlou studii k rekonstrukci neandertálského genomu - a našel stopy jejich genů, které se dnes v některých z nás stále skrývají. Nyní švédský genetik Dr. Svante Paabo chce zase obrátit paleontologii vzhůru nohama - tentokrát plánuje pěstovat neandertálské kmenové buňky v malých mozkových organoidech ve zkumavce.
Neplánuje zcela obnovit neandertálský mozek ve vaně - spíše chce použít úpravy genů, aby lidským kmenovým buňkám poskytl několik variant genů nalezených v neandrtálcích. Tyto upravené kmenové buňky jsou poté umístěny do malých mozkových buněk, které napodobují vývoj mozku plodu, doplněné vlastními krevními cévami, nervovými sítěmi a funkčními synapsemi.
Porovnáním růstu neandertalizovaných mini-mozků s růstem člověka, Paabo doufá, že upozorní na genetické faktory, díky nimž jsme tak výjimeční.
"Neandrtálci byli inteligentní jako ostatní savci." Nevstoupili do oceánu, dokud neuviděli druhý břeh, “říká Paabo. "Ale pro mě je největší otázkou v historii lidstva: proč jsme tak zoufalí?"
DNA revoluce
Paleontologové dlouho přemýšleli, jak evoluce oslepila naše úžasné mozky. Při srovnání naší genetiky s genetikou našich nejbližších lidoopů, genetici pečlivě izolovali hrst kriticky odlišných genů. Například malé mutace ve FOXP2 se zdají být základem naší schopnosti tvořit složité fonémy a slova. Někteří dokonce věří, že FOXP2 je klíčový biologický přínos, který nám dává náš bohatý a bohatý jazyk.
Porovnání genomů může bohužel odhalit pouze geny, které se liší mezi lidmi a lidoopy - ale to, jak tyto geny formovaly náš vývoj mozku, zůstává nezodpovězeno.
Propagační video:
"V minulosti jsme se omezovali jen na zkoumání sekvenčních dat a katalogizaci rozdílů u ostatních primátů," lamentuje neurogenetik Simon Fischer, který v Nizozemském Nijmegenu vede Institut psycholingvistiky Maxe Plancka. "Po tolika letech práce s tradičními nástroji jsme byli trochu zklamaní."
Nyní díky úžasné technologii DNA se vše změní.
Asi před třiceti lety začal Paabo vážně uvažovat o radikálním nápadu: může být DNA extrahována z mrtvé tkáně? Ačkoliv je DNA ve srovnání s jinými biomolekuly, jako jsou proteiny, relativně stabilní, po smrti se rychle rozkládá. Slavná dvojitá spirála, pečlivě svinutá přírodou do kompaktních struktur, se postupem času rozpadá na kratší a kratší fragmenty. Vracení těchto fragmentů zpět do koherentních struktur se ukázalo být extrémně obtížné, ale v roce 1985, s použitím zbytků 2 400 let staré mumie, Paabo přesvědčivě ukázal, že toho lze dosáhnout.
Tento objev otevřel dveře paleontologie. Vědci již nejsou vázáni tradiční DNA moderních živých druhů; nyní mají mocný nástroj, jak se vrátit v čase a prozkoumat DNA ztracenou v historii.
Oslepen tímto počátečním úspěchem se Paabo obrátil k neandrtálcům, tajemné větvi lidí, která vyhynula před více než 30 000 lety. V roce 2016 publikoval první úplný genom neandrtálce, šokující vědce a veřejnost se zajímavým nálezem: 1 až 6 procent neandertálských genů bylo přítomno u lidí z Evropy, Středního východu a Dálného východu. Jinými slovy, v nějakém bodě starověké historie naši předkové tančili horizontální tango se svými neandertálskými bratranci a my jsme přímým odkazem těchto tanců.
"Neandrtálci zanechali stopy na DNA lidí, kteří dnes žijí." Je to velmi cool. Neandrtálci nebyli úplně zaniklí, “řekl tehdy Paabo.
Jeho objev vedl k širší otázce: Do jaké míry jsou s neandrtálci spojeni? Stejně jako moderní lidé žili v širokých čelistech hominidy s prominentní browbone v jeskyních a malovali na stěnách, vyráběli klobouky a zdobili svá těla květinami dlouho předtím, než se moderní lidé v Evropě vydali na cestu. Vyhynuli a lidé dosáhli počtu miliard a roztroušených po celém světě.
Porovnáním našich genomů Paabův tým identifikoval několik oblastí obsahujících variace DNA - změny, které by lidem pomohly přizpůsobit se. Mezi nimi jsou genomické regiony, které hrají roli v kognitivním vývoji.
I když naše divoce odlišné osudy nemusí souviset úplně s rozdíly v poznání, Paabo si myslí, že je to dobré místo, kde začít. A díky organelám mozku může nyní otestovat svůj nápad.
Mozkové koule
Organoidy mozku se nazývají odlišně: mozkové koule, mini-mozky, mozkové organely. Tyto bizarní koule nebo mozkové kapky, které byly poprvé vynalezeny v roce 2013, vypadají docela strašidelně. Ale protože jejich růst odráží vývoj lidského embryonálního mozku, tyto koule se rychle staly oblíbenou hračkou pro neurovědce.
Existuje mnoho různých receptů na výrobu mozkových organel, ale obvykle se vyrábějí z lidských kmenových buněk. Pod pečlivým dohledem se buňky pomalu vyvíjejí na deformované kousky mozkové tkáně pomocí chemické polévky. Podobně jako skutečný lidský mozek obsahuje většina kapek strukturu podobnou mozkové kůře, zvrásněnou vnější vrstvu mozku, která organizuje kognitivní funkce vyšší úrovně, jako je pozornost, jazyk a myšlenka.
Po dostatečném čase jsou neurony uvnitř mozkových koulí naplněny elektrickou aktivitou a připojeny k neuronovým sítím, přičemž některá spojení se táhnou celým organoidem. Tyto mozkové kapky nejsou „mini-mozky“v tom smyslu, že mohou myslet nebo cítit, ne. Pečlivá analýza jejich buněčného složení a genové exprese však odhalila soubor funkčních typů neuronů, jejichž kombinovaná práce připomíná mozek embrya druhého trimestru.
Jinými slovy, mozkové koule jsou ideálním kandidátem pro studium vývoje mozku. Od svého vzniku se používají k napodobování autismu, schizofrenie a studování účinků viru Zika na mozek plodu.
A teď díky Paabovi najdou aplikace v paleontologii.
Oživení neandrtálců
Aby obnovili celý neandertálský genom, museli by vědci změnit milion genů. Tento ambiciózní cíl v současné době není možný ani díky sofistikovaným nástrojům pro úpravu genomu, jako je CRISPR.
Spíše než zhruba editovat všechny neandertálské varianty na lidské kmenové buňky, Paabo zaujímá jemnější přístup: zavádí pouze tři klíčové geny, které se liší mezi lidmi a neandrtálci, a pak sleduje účinky těchto genů na vývoj mozku.
Toto je osvědčená metoda.
Před několika lety ve spolupráci s Wielandem Hattnerem, neurovědcem Institutu Maxe Plancka pro molekulární biologii a genetiku molekul, rostl tým mozkové organely pomocí leukocytů od lidí a jiných primátů. Kapky mozku se vyvíjely v průběhu několika týdnů, což vědcům umožnilo porovnat a porovnat, jak se buněčný růst liší mezi druhy. Pomocí živé mikroskopie vědci zjistili, že lidské buňky se stanou jeden a půlkrát delší než opice, aby uspořádaly své chromozomy před rozdělením na dceřiné buňky. A toto prodloužení nějak pomáhá lidem vytvářet mnohem více nervových kmenových buněk než naši nejbližší příbuzní primátů.
Paabo doufá, že najde více těchto pozoruhodných rozdílů v neandrtálských mini-mozcích, protože by mohly vysvětlit, proč moderní lidé dobyli jako druh.
„Nejlepším výsledkem by bylo, že genetické změny povedou k delšímu nebo většímu rozvětvení neuronů,“říká. "Dalo by se říci, že toto je biologický základ, proč naše mozky fungují odlišně."
Koneckonců, je to jen začátek studia lidské jedinečnosti, který se stal možným teprve nyní.
Ilya Khel