اگر ژن انسانی را با نسخه‌ی نئاندرتال آن جایگزین کنید، چه اتفاقی می‌افتد؟ در دیجیتال مارک

چه تفاوت‌های اساسی میان انسان‌های مدرن و نزدیک‌ترین خویشاوندان ما، یعنی نئاندرتال‌ها و انسان‌تباران دنیسووا وجود دارد؟ درباره‌ی نئاندرتال‌ها به‌نظر نمی‌رسد تفاوت آشکاری وجود داشته باشد. آن‌ها ابزارهای پیشرفته‌ای را به‌کار می‌بردند، هنر خلق می‌کردند و در محیط‌هایی با شرایط بسیار سخت مستقر می‌شدند. بااین‌حال براساس دانش ما، جمعیت کلی آن‌ها هرگز خیلی زیاد نبود. وقتی انسان‌های مدرن به اوراسیا رسیدند، تعداد ما افزایش یافت و گسترش بیشتری پیدا کردیم و نئاندرتال‌ها و انسان‌تباران دنیسووا آواره و سرانجام منقرض شدند.

_{تفاوت بین جمجمه‌ی انسان مدرن (چپ) و جمجمه‌ی نئاندرتال بدین‌معنا است که تفاوت‌هایی در نحوه‌ی توسعه‌ی مغز آن‌ها باید وجود داشته باشد.}

با توانایی به‌دست‌آوردن DNA باستانی، بررسی ژنوم نئاندرتال‌ها و انسان‌تباران دنیسووا به ما اجازه می‌دهد سؤال دقیق‌تری مطرح کنیم: آیا برخی از تفاوت‌های ما می‌تواند ناشی از ژنتیک باشد؟

این سه گونه، یعنی انسان مدرن و انسان نئاندرتال و انسان‌تبار دنیسووا، خویشاوند نزدیک هم هستند؛ بنابراین، تعداد تفاوت‌های موجود در پروتئین‌های ما نسبتا کم است. بااین‌حال به‌گزارش وب‌سایت ارز تکنیکا، گروهی از پژوهشگران یکی از این تفاوت‌های ژنی را شناسایی و تغییر مربوط به نئاندرتال‌ها را در سلول‌های بنیادی به‌دست‌آمده از انسان‌های مدرن ایجاد کرده‌اند. پژوهشگران دریافتند بافت عصبی حاصل از این سلول‌ها با بافت عصبی رشد یافته با نسخه‌ی انسان مدرن این ژن تفاوت‌های چشمگیری دارد.

به‌عنوان اولین مرحله‌ی کار، پژوهشگران باید تصمیم می‌گرفتند روی کدام ژن کار کنند. همان‌طورکه قبلا هم اشاره کردیم، ژنوم این سه گونه شباهت بسیاری به‌هم دارد و تشابه خصوصا زمانی افزایش پیدا می‌کند که بخش‌هایی از ژنوم را بررسی کنید که کدکننده‌ی پروتئین‌ها است.

یکی از پیچیدگی‌های دیگر آن است که برخی از نسخه‌های ژن‌های یافته‌شده در نئاندرتال‌ها هنوز در بخش کوچکی از جمعیت انسان مدرن یافت می‌شود. پژوهشگران می‌خواستند ژنی را پیدا کنند که هم نئاندرتال‌ها و هم انسان‌تباران دنیسووا نسخه‌ای از آن را داشتند؛ ولی تقریبا تمامی انسان‌های مدرن نسخه‌ی دیگری از آن را داشتند. آن‌ها از میان دَه‌ها هزار ژن، فقط ۶۱ ژن را پیدا کردند که این شرایط را داشتند. گزینه‌ای که برای بررسی بیشتر انتخاب شد، NOVA1 نام داشت و ابتدا در ارتباط با سرطان کشف شده بود.

بررسی شجره‌ی خانوادگی مهره‌داران نشان می‌دهد نئاندرتال‌ها و انسان‌تباران دنیسووا نسخه‌ای از NOVA1 دارند که با موجودات دیگر از نخستی‌ها گرفته تا مرغ‌ها مشابه است. این موضوع نشان می‌دهد این نسخه در جد مشترک پستانداران و دایناسورها وجود داشته است؛ بااین‌حال، تقریبا تمامی انسان‌ها نسخه‌ی متفاوتی از این ژن را دارند. پژوهشگران با جست‌وجوی یک‌چهارم میلیون ژنوم در یکی از پایگاه‌های داده توانستند فقط سه نمونه از نسخه‌ی نئاندرتال را شناسایی کنند.

تفاوت ظریفی بین این دو وجود دارد و فقط در موقعیتی از ژن اسیدآمینه‌ای با اسیدآمینه‌ی نزدیکی جایگزین شده است (جایگزینی ایزولوسین با والین)؛ اما NOVA1 ژنی است که در آن تغییرات کوچک می‌تواند اثر بزرگی بگذارد.

الگوهای RNA که برای ساخت پروتئین‌ها استفاده می‌شوند، در ابتدا از مخلوطی از بخش‌های مفید و قطعات بدون استفاده‌ای ساخته شده‌اند که باید در فرایند پیرایش بخش‌های بدون استفاده حذف شود. برای برخی از ژن‌ها، این بخش‌ها را می‌توان به بیش از یک روش باهم ترکیب کرد که موجب می‌شود اَشکال متمایزی از پروتئین بتواند با استفاده از رشته‌ی RNA ساخته شود.

ژن NOVA1 فرایند پیرایش را تنظیم می‌کند و می‌تواند تعیین کند کدام شکل از ژن‌ها در سلول‌هایی ساخته شود که ژن مذکور در آن‌ها فعال است‌. سلول‌هایی که ژن NOVA1 در آن‌ها فعال است، بخش‌های زیادی از سیستم عصبی را شامل می‌شود. به‌طور ساده، می‌توان گفت NOVA1 می‌تواند موجب تغییر انواع پروتئین‌هایی شود که در سلول‌های عصبی ساخته می‌شود. از‌آنجاکه رفتار یکی از حوزه‌هایی است که در آن انسان‌های مدرن ممکن است از نئاندرتال‌ها متفاوت بوده باشند، این ژن هدف جذابی برای این نوع مطالعات است.

بدیهی است در زمینه‌ی مطالعه‌ی این موضوع که نسخه‌ی نئاندرتال چه کاری در انسان واقعی انجام خواهد داد، مسائل اخلاقی وجود دارد؛ اما برخی از فناوری‌های توسعه‌یافته در دهه‌ی اخیر به ما اجازه می‌دهد به روش کاملا متفاوتی این سؤال را کنیم.

پژوهشگران در ابتدا توانستند سلول‌ها را از دو فرد مختلف بگیرند و آن‌ها را به سلول‌های بنیادی تبدیل کنند. سلول بنیادی می‌تواند به هر نوع سلولی تبدیل شود که در بدن وجود دارد. سپس، آن‌ها از فناوری ویرایش ژن کریسپر استفاده کردند تا نسخه‌ی انسانی ژن را به نسخه‌ی نئاندرتال تبدیل کنند. پژوهشگران پس از انجام بررسی‌های گسترده که نشان می‌داد NOVA1 تنها ژنی است که در ویرایش تغییر کرده است، سلول‌های بنیادی را وادار کردند سلول‌های عصبی قشر مغز را تشکیل دهند.

وقتی سلول‌های دارای نسخه‌ی نئاندرتال NOVA1 خوشه‌های سلول‌های عصبی حاصل را به‌وجود می‌آوردند، کوچک‌تر بودند؛ اگرچه شکل سطحی پیچیده‌تری داشتند. همچنین، سلول‌های دارای نسخه‌ی نئاندرتال سرعت رشد کمتری داشتند و معمولا فرایندی را می‌گذراندند که در بیشتر مواقع، به مرگ سلول منتهی می‌شود. بنابراین، واضح بود نسخه‌ی نئاندرتال رفتار سلول‌های بنیادی را هنگام تبدیل به سلول‌های عصبی تغییر داده است.

تفاوت‌ها در سطح ژنتیکی نیز مشهود بود. پژوهشگران با اندازه‌گیری سطوح RNA پیام‌رسان به‌دنبال ژن‌هایی بودند که فعالیت آن‌ها در سلول‌های دارای NOVA1 نئاندرتال تغییر کرده بود. تعداد آن‌ها زیاد بود و برخی از تنظیم‌کنندگان اصلی توسعه‌ی عصبی را شامل می‌شد.

همان‌طورکه از تنظیم‌کننده‌ی پیرایش می‌توان انتظار داشت، صدها ژن وجود داشت که تغییراتی در نحوه‌ی پیوستن قطعات RNA کدکننده‌ی پروتئین در آن‌ها رخ داده بود. بسیاری از این ژن‌ها در تشکیل و فعالیت سیناپس‌ها مؤثرند؛ یعنی ارتباطات فردی میان سلول‌های عصبی که به آن‌ها اجازه می‌دهد با یکدیگر تعامل داشته باشند. عجیب نیست این مسئله موجب تغییر رفتار این ارتباطات شود. معمولا سلول‌های عصبی در محیط کشت ارتباطاتی برقرار و فعالیتشان را هماهنگ می‌کنند. در سلول‌های دارای نسخه‌ی نئاندرتال NOVA1، هماهنگی کمتری وجود داشت و تعداد بیشتری از سلول‌های عصبی به‌طور تصادفی برانگیخته می‌شدند.

نتایج به‌روشنی نشان می‌دهد داشتن نسخه‌ی نئاندرتال NOVA1 برای سلول‌های عصبی انسان‌های مدرن مسئله‌ی خوشایندی نیست. اگرچه برای تعیین این موضوع پژوهش‌های بیشتری باید انجام شود که آیا تغییرات توضیح‌‌داده‌شده در اینجا حاصل وجود تفاوت‌های خاص میان این دو فرم از پروتئین است یا پیامدی از ناهنجاری سلول‌های عصبی به‌خاطر تنظیم نامناسب ژن‌ها‌.

پژوهشگران درباره‌ی تفسیر افراطی نتایج هشدار می‌دهند و می‌گویند گرچه مطالعه‌ی آن‌ها به این موضوع اشاره می‌کند، نتایج آن‌ها کاملا آشکار نشان نمی‌دهد تغییرات ژنی موجب می‌شود مغز ما اساسا از مغز نزدیک‌ترین خویشاوندانمان متفاوت باشد.

تکامل نسخه‌ی انسانی این ژن در پس‌زمینه‌ی تغییرات دیگری در ژن‌های انسانی رخ داده است که این تغییرات یا در توالی‌های کدکننده‌ی آن‌ها یا بیشتر اوقات در توالی‌های تنظیم‌کننده‌ی فعالیت ژن‌ها اتفاق افتاده است. تغییرات مذکور می‌توانسته به‌طور بالقوه اثرهای مضر ناشی از تفاوت در فعالیت نسخه‌ی انسان مدرن NOVA1 را جبران کند.

حذف ناگهانی نسخه‌ی اصلی ژن ممکن است موجب ناسازگاری میان این ژن و اثرهای جبران‌کننده‌ی ژن‌های دیگر شده و این تفاوت‌ها را ایجاد کرده باشد. بنابراین، مدتی طول می‌کشد تا مشخص شود معنای این تفاوت ژنی برای مغز انسان‌ها و نئاندرتال‌ها چیست؛ اما نکته‌ی اصلی این است که اکنون مطرح‌کردن این نوع سؤال‌ها ممکن شده است.

فناوری‌های به‌کاررفته در تولید این نتایج تا قبل از قرن حاضر وجود نداشته است؛ زیرا ویرایش ژن کریسپر کمتر از یک دهه قدمت دارد. بنابراین، این حقیقت محض که تا همین حد هم می‌دانیم، بسیار حیرت‌انگیز است.