Apa yang terjadi jika Anda mengganti gen manusia dengan salinan Neanderthal?

Apa perbedaan utama antara manusia modern dan kerabat terdekat kita, Neanderthal dan Denisovan? Bagi Neanderthal, tampaknya tidak ada perbedaan yang nyata. Mereka menggunakan peralatan canggih, membuat karya seni, dan menetap di lingkungan yang sangat keras. Tapi, setahu kami, jumlah penduduknya sama sekali tidak tinggi. Ketika manusia modern tiba di tempat kejadian di Eurasia, jumlah kita bertambah besar, kita menyebar lebih banyak, dan Neanderthal dan Denisovan akhirnya berakhir dan akhirnya punah.

Berkat kemampuan kita untuk memperoleh DNA purba, kita sekarang telah melihat genom Neanderthal dan Denisovan, memungkinkan kita untuk mengajukan pertanyaan yang lebih spesifik: Mungkinkah beberapa perbedaan kita disebabkan oleh gen?

Ketiga jenis tersebut adalah kerabat, sehingga jumlah perbedaan protein kita relatif sedikit. Tetapi tim peneliti internasional yang besar mengidentifikasi satu dan merekayasa kembali menjadi sel induk yang diperoleh dari manusia modern. Para peneliti menemukan bahwa jaringan saraf yang terdiri dari sel-sel ini memiliki perbedaan yang mencolok dari jaringan implan yang sama dengan versi manusia modern dari gen ini.

Bukan supernova

Sebagai langkah pertama dalam pekerjaan mereka, para peneliti harus menentukan gen mana yang akan mereka targetkan. Seperti yang kami sebutkan di atas, genom ketiga spesies sangat mirip. Dan kemiripan hanya meningkat jika Anda melihat bagian-bagian genom yang mengkode protein. Komplikasi tambahan adalah bahwa beberapa salinan gen yang ditemukan di Neanderthal masih ada pada sebagian kecil manusia modern. Yang ingin dilakukan para peneliti adalah menemukan gen di mana Neanderthal dan Denisovan memiliki satu salinan dan hampir semua manusia modern memiliki yang lain.

Dari puluhan ribu gen itu, mereka hanya menemukan 61 yang lolos tes itu. Orang yang mereka pilih untuk difokuskan dipanggil Nova 1. Meski namanya meledak, Nova 1 Itu hanya dinamai setelah ditemukan bahwa itu pada awalnya terkait dengan kanker: antigen neuro-ventral ventral 1. Melihat melalui pohon keluarga vertebrata menunjukkan bahwa Neanderthal dan Denisovan berbagi salinan Nova 1 Dengan segala sesuatu mulai dari primata lain hingga ayam, yang berarti ia hadir di nenek moyang yang berbagi mamalia dengan dinosaurus.

Namun, hampir semua manusia memiliki salinan gen yang berbeda (dalam mencari seperempat juta genom dalam database, para peneliti hanya dapat mengidentifikasi tiga kasus salinan Neanderthal). Perbedaannya tidak kentara – mengganti asam amino yang terkait erat di satu lokasi dalam gen – tetapi itu adalah perbedaan. (Bagi mereka yang peduli, dari isoleusin hingga valin.)

Tapi Nova 1 Ini adalah jenis gen di mana perubahan kecil dapat berdampak besar. RNA yang digunakan untuk membuat protein pada awalnya terdiri dari campuran bagian-bagian berguna yang dipisahkan oleh koma tidak berguna yang perlu dibagi. Untuk beberapa gen, bagian yang berbeda dapat dibagi bersama dalam lebih dari satu cara, memungkinkan bentuk protein yang berbeda terbentuk dari RNA yang sama. Nova 1 Ini mengatur proses penyambungan dan dapat menentukan bentuk dari beberapa gen yang terbentuk di dalam sel tempat ia aktif. tentang Nova 1Sel-sel yang aktif di dalamnya mencakup banyak bagian dari sistem saraf.

Jika paragraf terakhir itu agak membingungkan, versi singkatnya adalah sebagai berikut: Nova 1 Ini dapat mengubah jenis protein yang dibuat di sel saraf. Dan karena perilaku adalah satu area di mana manusia modern mungkin berbeda dari Neanderthal, ini adalah target yang menarik untuk jenis studi ini.

Di saraf kita

Jelas ada masalah etika dalam mencoba melihat seperti apa versi Neanderthal pada manusia yang sebenarnya. Tetapi beberapa teknologi yang telah dikembangkan selama dekade terakhir atau lebih sekarang memungkinkan kami untuk mendekati masalah dengan cara yang sama sekali berbeda. Pertama, para peneliti mampu mengambil sel dari dua orang yang berbeda dan mengubahnya menjadi sel induk yang mampu berkembang menjadi sel mana pun di dalam tubuh. Kemudian mereka menggunakan pengeditan gen CRISPR untuk mengubah gen versi manusia menjadi versi Neanderthal. (Atau, jika Anda kurang dermawan, Anda bisa menyebutnya versi ayam.)

Setelah pemeriksaan menyeluruh menunjukkan itu Nova 1 Itu adalah satu-satunya gen yang diubah melalui modifikasi, para peneliti menginduksi sel induk untuk membentuk neuron yang khas dari korteks serebral.

Kelompok neuron yang dihasilkan lebih kecil bila dibentuk oleh sel dengan versi Neanderthal Nova 1, Meskipun kelompok ini memiliki bentuk permukaan yang lebih kompleks. Sel dengan versi Neanderthal juga tumbuh lebih lambat dan cenderung mengalami proses yang seringkali berakhir dengan kematian sel. Jadi jelas bahwa versi Neanderthal telah mengubah perilaku sel induk saat diubah menjadi neuron.

Perbedaannya juga terlihat pada tingkat genetik. Tim peneliti mencari gen yang mengubah aktivitas (yang diukur dengan tingkat messenger RNA) dalam sel dengan Neanderthal. Nova 1. Ada sejumlah besar dari mereka, dan di antara mereka ada beberapa pengatur utama perkembangan saraf. Dan seperti yang diharapkan dari regulator penyambungan, ada ratusan gen yang mengalami perubahan dalam cara RNA penyandi protein berkumpul.

Banyak dari gen ini tampaknya terlibat dalam pembentukan dan aktivitas sinapsis, hubungan individu antara sel saraf yang memungkinkan mereka untuk berkomunikasi satu sama lain. Tidak mengherankan, ini mengubah perilaku koneksi tersebut. Biasanya, neuron dalam kultur membentuk ikatan dan mengoordinasikan aktivitasnya. Dalam sel yang berisi versi Neanderthal dari Nova 1, Ada lebih sedikit koordinasi dan latar belakang yang lebih tinggi daripada neuron pensinyalan yang menembak secara acak.

Masalah konteks

Hasilnya jelas menunjukkan bahwa adanya versi Neanderthal Nova 1 Bukan hal yang baik untuk neuron manusia modern. Namun, akan membutuhkan lebih banyak pekerjaan untuk menentukan apakah semua perubahan yang dijelaskan di sini adalah produk dari perbedaan spesifik antara kedua protein tersebut atau hanya akibat neuron yang tidak sehat karena regulasi gen yang buruk.

Tetapi para peneliti juga berhati-hati agar tidak terlalu menafsirkan hasil secara umum – sementara temuan menunjukkan bahwa itu bukan indikasi yang jelas bahwa perubahan genetik membuat otak kita berbeda secara fundamental dari otak kerabat terdekat kita.

Perkembangan versi manusia dari gen ini terjadi dengan latar belakang banyak perubahan halus lainnya dalam genom manusia, baik dalam urutan pengkodeannya atau (lebih sering) dalam urutan yang mengatur aktivitasnya. Perubahan ini dapat mengimbangi efek berbahaya yang disebabkan oleh perbedaan aktivitas versi manusia modern Nova 1. Penurunan mendadak dalam versi asli suatu gen lagi dapat menyebabkan perbedaan muncul hanya karena ketidakcocokan antara gen dan semua kompensasi ini.

Jadi, perlu beberapa waktu untuk memilah seberapa besar perbedaan gen tunggal ini dalam kaitannya dengan otak manusia dan Neanderthal. Tetapi yang utama adalah sekarang mungkin untuk menanyakan pertanyaan-pertanyaan ini sama sekali. Teknik yang digunakan untuk menghasilkan hasil ini tidak ada sebelum abad ini – pengeditan gen dengan CRISPR berumur kurang dari satu dekade. Jadi, fakta yang kita ketahui ini cukup mengejutkan.

Science, 2021. DOI: 10.1126 / sains. aax2537 (Tentang DOI).