Ha isolato il DNA dalle mummie egiziane. Ha scoperto i Denisovani, una specie estinta dell'uomo antico, sequenziando il DNA da un minuscolo pezzo di osso. Ha condotto un ampio studio per ricostruire il genoma di Neanderthal e ha trovato tracce dei loro geni che ancora si nascondono in alcuni di noi oggi. Ora il genetista svedese Dr. Svante Paabo vuole ribaltare di nuovo la paleontologia - questa volta ha in programma di coltivare cellule staminali di Neanderthal in piccoli organoidi cerebrali in una provetta.
Non ha intenzione di ripristinare completamente il cervello di Neanderthal in una vasca - piuttosto, vuole usare l'editing genetico per fornire alle cellule staminali umane diverse varianti di geni trovati nei Neanderthal. Queste cellule staminali modificate vengono quindi inserite in piccole cellule cerebrali che imitano lo sviluppo del cervello fetale, complete dei propri vasi sanguigni, reti neurali e sinapsi funzionanti.
Confrontando la crescita di mini-cervelli nonandertalizzati con quella di un essere umano, Paabo spera di evidenziare i fattori genetici che ci rendono così speciali.
“I Neanderthal erano intelligenti come gli altri mammiferi. Non sono usciti nell'oceano a meno che non abbiano visto l'altra riva ", dice Paabo. "Ma per me la domanda più grande nella storia dell'umanità è: perché siamo diventati così disperati?"
Rivoluzione del DNA
I paleontologi si chiedono da tempo come l'evoluzione abbia accecato i nostri incredibili cervelli. Confrontando la nostra genetica con quella dei nostri cugini scimmia più vicini, i genetisti hanno accuratamente isolato una manciata di geni criticamente diversi. Ad esempio, piccole mutazioni in FOXP2 sembrano essere alla base della nostra capacità di formare parole e fonemi complessi. Alcuni credono addirittura che FOXP2 sia un vantaggio biologico chiave che il nostro linguaggio ricco e ricco ci offre.
Sfortunatamente, il confronto dei genomi può rivelare solo geni che differiscono tra umani e scimmie, ma il modo in cui questi geni hanno modellato lo sviluppo del nostro cervello rimane senza risposta.
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"In passato, ci siamo limitati a esaminare i dati di sequenziamento e catalogare le differenze in altri primati", lamenta il neurogenetista Simon Fischer, che gestisce l'Istituto Max Planck di psicolinguistica a Nimega, nei Paesi Bassi. "Siamo rimasti un po 'delusi dopo aver lavorato con strumenti tradizionali per così tanti anni".
Ora, grazie alla straordinaria tecnologia del DNA, tutto sta per cambiare.
Circa trent'anni fa, Paabo iniziò a considerare seriamente un'idea radicale: si può estrarre il DNA da tessuti morti? Sebbene il DNA sia relativamente stabile rispetto ad altre biomolecole come le proteine, inizia a decadere rapidamente dopo la morte. La famosa doppia elica, accuratamente avvolta dalla natura in strutture compatte, si rompe in frammenti sempre più corti nel tempo. Ricollocare questi frammenti in strutture coerenti si sta rivelando estremamente difficile, ma nel 1985, utilizzando i resti di una mummia di 2.400 anni, Paabo ha dimostrato in modo convincente che ciò poteva essere fatto.
Questa scoperta ha spalancato le porte della paleontologia. Gli scienziati non sono più vincolati dal DNA tradizionale delle specie viventi moderne; ora hanno un potente strumento per tornare indietro nel tempo ed esplorare il DNA perso nella storia.
Accecato da questo successo iniziale, Paabo si rivolse ai Neanderthal, un misterioso ramo umano che si estinse più di 30.000 anni fa. Nel 2016 ha pubblicato il primo genoma di Neanderthal completo, scioccando scienziati e pubblico con un risultato intrigante: dall'1 al 6 percento dei geni di Neanderthal erano presenti in persone provenienti da Europa, Medio Oriente ed Estremo Oriente. In altre parole, a un certo punto della storia antica, i nostri antenati hanno ballato il tango orizzontale con i loro cugini di Neanderthal, e noi siamo un'eredità diretta di questi balli.
“I Neanderthal hanno lasciato un segno nel DNA delle persone che vivono oggi. È molto bello. I Neanderthal non erano completamente estinti , disse Paabo all'epoca.
La sua scoperta ha portato a una domanda più ampia: in che misura i Neanderthal sono imparentati con noi? Come gli umani moderni, questi ominidi dalla mascella larga con un sopracciglio prominente vivevano in grotte e dipingevano sui muri, creavano cappelli e decoravano i loro corpi con fiori molto prima che gli umani moderni mettessero piede in Europa. Tuttavia, si sono estinti e le persone hanno raggiunto un miliardo di numero e si sono sparse in tutto il mondo.
Confrontando i nostri genomi, il team di Paabo ha identificato diverse regioni contenenti variazioni del DNA, cambiamenti che potrebbero aiutare gli esseri umani ad adattarsi. Tra loro ci sono regioni genomiche che svolgono un ruolo nello sviluppo cognitivo.
Anche se i nostri destini selvaggiamente diversi potrebbero non essere interamente legati alle differenze cognitive, Paabo pensa che questo sia un buon punto di partenza. E grazie agli organelli del cervello, ora può testare la sua idea.
Palle cerebrali
Gli organoidi cerebrali sono chiamati in modo diverso: sfere cerebrali, mini-cervelli, organelli cerebrali. Inventate per la prima volta nel 2013, queste bizzarre palle o gocce cerebrali sembrano piuttosto inquietanti. Ma poiché la loro crescita riflette lo sviluppo del cervello embrionale umano, queste palline sono diventate rapidamente un giocattolo preferito dai neuroscienziati.
Esistono molte ricette diverse per preparare gli organelli cerebrali, ma di solito sono realizzati con cellule staminali umane. Sotto stretta supervisione, le cellule si sviluppano lentamente in pezzi deformati di tessuto cerebrale usando una zuppa chimica. Simile al vero cervello umano, la maggior parte delle gocce contiene una struttura simile alla corteccia cerebrale, lo strato esterno rugoso del cervello che organizza funzioni cognitive di livello superiore come attenzione, linguaggio e pensiero.
Dopo un tempo sufficiente, i neuroni all'interno delle sfere cerebrali sono pieni di attività elettrica e si connettono alle reti neurali, con alcune connessioni che si estendono attraverso l'intero organoide. Queste gocce cerebrali non sono "mini-cervelli" nel senso che possono pensare o sentire, no. Ma un'attenta analisi della loro composizione cellulare e dell'espressione genica ha rivelato un insieme di tipi neuronali funzionali, il cui lavoro combinato assomiglia al cervello di un embrione del secondo trimestre.
In altre parole, le palle cerebrali sono candidati ideali per studiare lo sviluppo del cervello. Fin dal loro inizio, sono stati usati per imitare l'autismo, la schizofrenia e studiare gli effetti del virus Zika sul cervello fetale.
E ora, grazie a Paabo, troveranno applicazioni in paleontologia.
Revival dei Neanderthal
Per ripristinare l'intero genoma di Neanderthal, gli scienziati dovrebbero modificare un milione di geni. Questo obiettivo ambizioso non è attualmente possibile nemmeno con sofisticati strumenti di modifica del genoma come CRISPR.
Piuttosto che modificare approssimativamente tutte le varianti di Neanderthal in cellule staminali umane, Paabo adotta un approccio più sottile: introduce solo tre geni chiave che differiscono tra esseri umani e uomini di Neanderthal, quindi tiene traccia degli effetti di quei geni sullo sviluppo del cervello.
Questo è un metodo collaudato.
Diversi anni fa, lavorando con Wieland Hattner, un neuroscienziato presso il Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics, il team ha coltivato organelli cerebrali utilizzando leucociti umani e altri primati. Le gocce cerebrali si sono evolute nell'arco di diverse settimane, consentendo agli scienziati di confrontare e contrastare il modo in cui la crescita cellulare differisce tra le specie. Usando la microscopia dal vivo, gli scienziati hanno scoperto che le cellule umane diventano una volta e mezza più lunghe delle scimmie per allineare i loro cromosomi prima di dividersi in cellule figlie. E questo allungamento in qualche modo aiuta gli esseri umani a generare molte più cellule staminali neurali rispetto ai nostri parenti primati più stretti.
Paabo spera di trovare più di queste differenze sorprendenti nei mini-cervelli di Neanderthal, poiché potrebbero spiegare perché gli esseri umani moderni hanno conquistato come specie.
"Il miglior risultato sarebbe che i cambiamenti genetici portano a una crescita neuronale più lunga o più ramificata", dice. "Si potrebbe dire che questa è la base biologica per cui il nostro cervello funziona in modo diverso".
Dopotutto, questo è solo l'inizio dello studio dell'unicità umana, che è diventato possibile solo ora.
Ilya Khel
