Gehirnorganoide mit Neandertaler-DNA, die von Wissenschaftlern gezüchtet wurden

"Warum unterscheidet sich unser Gehirn so sehr von anderen Arten, einschließlich unserer eigenen ausgestorbenen Verwandten?"

Neuroarchäologie

Muotri, der bisher acht Jahre an dem Projekt gearbeitet hat, nennt seine Arbeit "Neuroarchäologie".

"Wenn Sie ein Stück Knochen oder (Holzkohle) finden und versuchen zu rekonstruieren, wie diese Gesellschaft gelebt hat, was sie getan hat, wie sie sich miteinander verbunden haben, versuchen Sie, den Geist zu verstehen. Wir tun dasselbe beim Genetischen Niveau."

Die neanderthalisierten Gehirnorganoide waren eine "Popcornform" im Vergleich zu der runderen, gleichmäßigeren Form der modernen menschlichen, sagte Muotri. Sein Team beobachtete auch, dass die Neuronen in den Organoiden schneller reiften als die modernen menschlichen.

"Bei den Neuronen in den Organoiden der archaischen Version sehen wir in sehr frühen Stadien mehr Aktivität als in den modernen menschlichen. Das haben wir definitiv nicht erwartet."

Er sagte, dass er in seiner früheren Arbeit über Schimpansenorganoide ähnliche Aktivitäten beobachtet habe.

"Ein Schimpansenbaby kann ein menschliches Neugeborenes bei weitem überlisten. Wir brauchen Zeit, um unsere Babys zu pflegen, bis sie unabhängig werden. Das sehen wir bei anderen Arten nicht. Ich denke, was wir hier sehen, ist etwas Ähnliches."

Muotri betonte jedoch, dass dies spekulativ sei. Organoide sind weit entfernt von echten Gehirnen. Zum einen fehlen ihnen Verbindungen zu anderen Organen.

"Wir wissen nicht, wie sich das menschliche Gehirn mit diesen archaischen Versionen verhalten wird", sagte er. "All diese Unterschiede, die wir in den frühen Stadien sehen, könnten verschwinden, weil das Gehirn Möglichkeiten hat, dies zu kompensieren."

"Aber wir wissen, dass sehr frühe, subtile Veränderungen in der Gehirnentwicklung Konsequenzen für das erwachsene Gehirn haben können. Nehmen wir zum Beispiel die Gene, die an Autismus beteiligt sind."

Geneditierung mit archaischem Material

Wir wissen jetzt, dass viele von uns ein winziger Teil des Neandertalers sind. Die DNA enthält Spuren vergangener Begegnungen zwischen Menschen der frühen Neuzeit und Neandertalern, die Europa und Teile Asiens bis vor etwa 40.000 Jahren bevölkerten.

Das UCSD-Team verglich zunächst die Genome von Neandertalern, Denisovanern und modernen menschlichen Populationen, um herauszufinden, welche genetischen Varianten nicht mit unseren nahen Cousins ​​geteilt wurden.

"Wir haben gefragt, was an uns einzigartig ist. Am Ende haben wir nur 61 Protein-kodierende Gene, die sich zwischen modernen und archaischen Menschen unterscheiden", sagte Muotri.

Das Team konzentrierte sich auf ein Gen namens NOVA1, da es als "Hauptregulator" anderer Gene gilt, die die frühe Neuroentwicklung beim modernen Menschen beeinflussen. Veränderungen in diesem Gen wurden mit psychischen Störungen wie Schizophrenie und Autismus in Verbindung gebracht, sagte er.

Anschließend verwendeten die Wissenschaftler die CRISPR-Gen-Editing-Technologie, die 2020 den Nobelpreis für Chemie erhielt, um das moderne NOVA1-Gen gegen die archaische Version in menschlichen Stammzellen auszutauschen und die Stammzellen zum Wachstum zu Organoiden zu überreden.

"Es ist eine äußerst schwierige Reihe von Experimenten", sagte Grayson Camp, ein Assistenzprofessor an der Universität Basel in der Schweiz, der nicht an der Forschung beteiligt war.

"Organoide sind schwer zu kontrollieren. Wenn sie alle Kontrollen enthalten hätten, könnte man glauben, dass diese einzelne Aminosäureveränderung einen starken Einfluss auf die Gehirnentwicklung hat. Das ist außergewöhnlich."

"Keine magische Variante, die uns menschlich macht"

Eine solche kühne Forschung ist natürlich mit Vorbehalten verbunden.

Das Editieren von Genen ist kein perfekter Prozess, und das Einfügen eines archaischen Gens in menschliche Zellen reproduziert nicht, wie das Neandertaler-Genom tatsächlich aussah, sagte Tony Capra, Associate Professor für Epidemiologie und Biostatistik am Bakar Computational Health Sciences Institute der Universität von Kalifornien, San Francisco.

"Es ist schwierig zu sagen, dass die organoiden Ergebnisse der Neandertaler-Variante notwendigerweise die Entwicklung des Neandertaler-Gehirns widerspiegeln", sagte er per E-Mail. Capra war nicht an der Studie beteiligt.

"Diese Änderung wird im Kontext des menschlichen Genoms evaluiert, daher befindet sich die archaische Variante auf einem genetischen Hintergrund, der nicht das Neandertaler-Genom widerspiegelt."

Trotzdem war Capra von der Forschung begeistert, die am Donnerstag in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde. Er warnte jedoch: "Wir sollten nicht erwarten, dass es eine magische Variante gibt, die uns menschlich macht.

"Die meisten Eigenschaften, die uns im Vergleich zu Neandertalern (oder sogar Schimpansen) zu modernen Menschen machen, sind genetisch sehr komplex", sagte Capra. "Tausende Teile unseres Genoms tragen zur Entwicklung und Wahrnehmung von Neuronen bei."

Er fügte hinzu: "Organoide sind aufregend, weil sie es uns ermöglichen, Varianten in komplexeren Umgebungen als einzelne Zellen zu testen, aber letztendlich müssen wir das Organoid vollständig 'neanderthalisieren'."

Jüngste archäologische Entdeckungen haben gezeigt, dass Neandertaler viele der gleichen kognitiven Fähigkeiten wie frühneuzeitliche Menschen hatten, aber wie die Fossilien und Steinartefakte ist es unwahrscheinlich, dass die Neuroarchäologie endgültige Antworten liefern kann, sagte Capra.

"Wir werden niemals in der Lage sein, den ökologischen und sozialen Kontext, in dem diese Personen lebten oder in dem diese Ereignisse stattfanden, wiederherzustellen. Die Umwelt ist für die Gestaltung der Ausdrucksweise von Genomen so wichtig, dass wir immer spekulieren müssen", sagte er.

"Trotzdem denke ich, dass wir in den kommenden Jahren viel mehr aus den Knochen und Genomen lernen werden."