Китайские исследователи «вживили» макакам ген, имеющий важное значение для развития человека. Работа мозга обезьян заметно изменилась.
Почему Homo Sapiens удалось построить цивилизацию и завоевать мир, в то время как его ближайшие родственники продолжают висеть на деревьях – одна из самых больших загадок эволюции. На молекулярно-биологическом уровне ответ сводится к генам человека, которые значительно отличаются от обезьяньих.
Если бы ученые точно знали строение этих генов и их функцию, можно было лучше понять эволюцию человека и, возможно, даже немного ее перестроить, пишет AerzteZeitung.
Трансгенные макаки
О первом успехе в этой области сообщили исследователи из «Лаборатории генетических ресурсов и эволюции» Академии наук Китая в Куньмине. Они произвели трансгенных макак с несколькими копиями человеческого гена MCPH1. Гены в ходе эволюции человека претерпели серьезные изменения и, похоже, сыграли важную роль в развитии мозга.
Группа исследователей во главе с доктором Лай Ши задались целью увеличить мозг обезьян в объеме. Однако идея не сработала. Вместо этого развитие мозга было задержано, что, по-видимому, связано с увеличением количества межнейронных связей. В когнитивных тестах генетически модифицированные животные показали лучшую кратковременную память и более быструю реактивность, чем их неизмененные сородичи.
Замедленное формирование: больше времени для развития
Задержки развития, известные как неотения, являются распространенным инструментом эволюции, позволяющим перестраивать тело с относительно небольшими усилиями.
Предполагается, что изменения в нескольких ключевых генах являются достаточными для развития – его просто нужно замедлить или полностью заморозить в какой-то момент времени, оставляя место для развития других процессов. Например, медленное развитие мозга у людей является необходимым условием, чтобы этот орган был больше и сложнее, чем у наших ближайших сородичей.
Ген MCPH1 интересен для Ши и его коллег не только потому, что значительно отличает мозг человека от обезьян. Он также кодирует фактор транскрипции, который регулирует клеточный цикл, контролирует апоптоз, нейрогенез и репарацию ДНК. Дефекты в гене MCPH1 приводят к микроцефалии и умственной отсталости у людей.
Сравнение данных МРТ
Исследователи поместили в эмбрионы обезьян человеческий ген MCPH. У 5 эмбрионов не было разрушено ни одной жизненно важной части ДНК – на свет появились здоровые обезьяны с 2-9 копиями генов в наборе хромосом. Двое других умерли преждевременно, еще один умер через 76 дней.
Выжившие 5 обезьян регулярно обследовались на МРТ, при этом ученые сравнивали процессы в их мозге с развитием неизмененных животных того же возраста. Относительный объем мозга у трансгенных животных был немного больше в ранней постнатальной фазе, чем у их неизмененных сородичей, но со временем они сравнялись.
У исследуемых животных доля серого коркового вещества во всем объеме мозга первоначально оставалась значительно выше, но объем белого коркового вещества был намного меньше, чем у немодифицированных животных. Со временем различия тоже исчезли.
Диффузионная томография выявила разницу, которую исследователи интерпретировали как замедленную миелинизацию и созревание нейронной сети. Гистологические исследования трех умерших трансгенных животных тоже показывают задержку дифференцировки нейронов и изменение экспрессии около 600 других генов во время развития мозга.
Улучшенные результаты в когнитивной функции
Когда животным было два-три года, исследователи использовали специальные тесты для выявления особенностей поведения, но не нашли различий. Однако рабочая память у генномодифицированных животных была лучше, чем у неизмененных собратьев.
Животных обучили запоминать цвета и формы предметов на сенсорном экране. С некоторой задержкой появлялся другой объект, и обезьяны должны были дотронуться до него, если форма или цвет соответствуют.
С задержкой в 8 секунд обезьяны с измененными генам давали примерно 90% правильных ответов, а животные без MCPH1 человека – только 70%. Даже с задержкой в 32 секунды между двумя объектами генетически модифицированные животные показали себя намного лучше.
Как можно объяснить полученные данные?
Исследователи наблюдали сверхэкспрессию человеческого гена MCPH1 в мозге животных. Скорее всего, она приводит к задержке развития мозга, что дает нервным клеткам больше времени для создания межнейронных связей. «Вероятно, окно возможностей для нейронных сетей расширяется», – отмечают исследователи.
Почему не увеличился объем мозга, остается неясным. Ученые предполагают, что манипуляций с одним геном недостаточно.
Критика в адрес ученых
Такого рода исследования не обходятся без критики. «Изучение эволюции человеческого мозга у трансгенных обезьян – очень рискованный путь», – отметил специалист-генетик по приматам Джеймс Сикела из Университета Колорадо.
Он опасается, что животным может быть нанесен вред, если они будут «гуманизированы», ведь измененное сознание может сделать их более способными к страданию. В статье, опубликованной 9 лет назад, доктор Сикела и биоэтики выступили категорически против производства трансгенных обезьян с человеческими генами.
Ранее Yellmed рассказывал о генных мутациях, которые приводят к рождению детей с различными отклонениями.
