Биологи вырастили зародыш мартышки с "человеческой" корой мозга

Молекулярные биологи из Германии и Японии смогли значительно увеличить толщину коры мозга мартышек-игрунок, используя уникальный для человека ген ARHGAP11B, который управляет ее ростом. Результаты их работы опубликовал научный журнал Science.

"Мы ограничились проведением опытов на зародышах, так как не смогли бы предсказать последствий от включения этого гена и их влияния на постнатальное развитие обезьян, а это критически важно с этической точки зрения. Как мы и ожидали, его активация заметно изменила развитие коры мозга игрунок", – рассказал один из авторов работы, директор Института молекулярной биологии и генетики клеток (Германия) Виланд Хутнер.

Согласно современным данным, геномы человека и шимпанзе совпадают на 99%, однако их нервные системы развиваются совершенно по-разному: в частности, в старости страдают от разных проблем. Это мешает ученым использовать человекообразных приматов для того, чтобы исследовать различные болезни и выяснять, как человек приобрел способность членораздельно говорить и мыслить.

За последние годы биологи обнаружили множество отвечающих за развитие мозга генов, которые отличаются по структуре в геномах человека и шимпанзе. Однако им так и не удалось найти те участки ДНК, которые отвечали за необычайно крупные, по сравнению с остальным телом, размеры нашего мозга.

Сейчас ученые предполагают, что причина разительного отличия двух видов кроется не столько в структуре генов, сколько в различиях в их активности во время формирования зародыша и роста ребенка. Единственным исключением в этом контексте считают ген ARHGAP11B. Ученые считают, что после того, как он появился в ДНК человека, кора его мозга стала примерно в три раза толще, чем у шимпанзе и других приматов.

Ключ к эволюции мозга

В прошлом, как отмечает Хутнер, ученые уже пересаживали этот участок ДНК в геном мышей и крыс. В результате кора их мозга становилась толще, в его структуре происходили и другие изменения. На приматах таких опытов раньше никто не проводил, поэтому ученые не могли точно сказать, как такая операция может повлиять на обезьян.

Японские и немецкие ученые провели первый эксперимент такого рода. Они использовали зародышей обыкновенных игрунок (Callithrix jacchus) – мартышек, которых широко используют в различных биологических и медицинских опытах.

С помощью специального ретровируса ученые вставили ARHGAP11B в геном оплодотворенных яйцеклеток игрунок, после чего имплантировали их в утробу самок. Через сто дней после начала беременности биологи извлекли зародыши и изучили, как была устроена кора их мозга.

Мозг дикой мартышки (слева) и мартышки с человеческим геном ARHGAP11B
© Heide et al. / MPI-CBG

Их наблюдения подтвердили, что пересадка гена действительно удвоила толщину коры мозга, а также значительно увеличила количество стволовых и зародышевых клеток, из которых образуются те слои мозга, которые наиболее сильно отличаются у человека и других приматов, и у человекообразных обезьян и их более примитивных родичей.

Все это, как считают ученые, подтверждает, что ARHGAP11B играет важную роль в развитии коры мозга человека и формировании складок на ее поверхности, а также открывает дорогу для проведения более серьезных и продолжительных экспериментов на приматах.