Egy japán kutatócsoport neandervölgyi DNS-t juttatott modern egerekbe, és váratlan csontváltozásokat tárt fel, amelyek segítenek megérteni az emberi evolúciót és az ősi gének fennmaradását mai testünkben. Egy japán tudóscsoport elérte azt, ami egészen a közelmúltig még science fictionnek tűnt: beültettek egy neandervölgyi DNS-fragmentumot a genomjába modern egereknek, és megfigyelték a hatását a fizikai fejlődésükre. Ez a kísérlet, amelyet legújabb generációs génszerkesztő eszközökkel hajtottak végre, olyan anatómiai változásokat eredményezett, amelyek ősi emberi rokonainkra emlékeztetnek.
A hír nem csak a merész ötlet miatt keltett feltűnést, hanem azért is, mert az evolúciós biológia egyik legmélyebb kérdését veti fel: milyen mértékben élnek és működnek bennünk kihalt őseink génjei? És még ennél is tovább: mi történik, ha egy másik szervezetben újra aktiválódnak? Ebben az esetben a válasz nagyobb koponyák, görbe bordák és az emberi múlt látható visszhangja volt egerek testén.
A múltból örökölt mutáció
A GLI3 gén, amely ennek a tanulmánynak a középpontjában áll, alapvető fontosságú a csontváz fejlődésében az embrionális szakaszban.
A kutatók egy specifikus változatára koncentráltak, az úgynevezett R1537C-re, amely a neandervölgyi és denisovai emberek DNS-ében megtalálható, de a mai emberekben nem gyakori. Az eredeti cikkben azt írják, hogy ez a változat „befolyásolja a fejlődési folyamatokkal kapcsolatos célgének szabályozását”, de nem változtatja meg a fehérje stabilitását és alapvető aktivációs képességét.
A CRISPR technikát alkalmazva a Kioto Prefektúra Orvostudományi Egyetemének kutatócsoportja olyan egereket hozott létre, amelyeknek a genomjában pontosan ez a mutáció volt jelen. Az így létrejött állatok, amelyeknek a Gli3 génje (az emberi GLI3 génnek megfelelő) módosult, neandervölgyi anatómiai jellemzőkkel rendelkező csontvázzal születtek: nagyobb koponyával, megváltozott csigolyákkal és csavarodott bordákkal.
A neandervölgyi/denisovai génvariánssal rendelkező egerek csontvázának változásai: megnagyobbodott koponya, bordák eltorzulása és csigolyaváltozások.
A módosított egerek csontvázának látható változásai
Az egereken elért fizikai eredmények egyértelműek, mérhetőek és meglepőek voltak. Az anatómiai megfigyelések során a tudósok azt látták, hogy egyes példányok domborúbb koponyát fejlesztettek, megnagyobbodott homlok- és halántékcsontokkal. Mások finom jeleit mutatták a scoliosisnak és a mellkas deformitásának, például további bordák vagy összenőtt csigolyák megjelenését.
A tanulmány szerint a hatások az egerek genetikai hátterétől függően változtak. A C57BL6 törzsben például a neanderváltozatot hordozó homozigóta egerek 71%-a rendellenesen nagy koponyával rendelkezett, míg egy másik, diverzebb törzsben (CD-1) még extra bordák is megjelentek, ami neanderváltozatú fosszíliáknál is leírt jelenség. A kutatócsoport szerint: „A kihalt homininok GLI3 variánsa hozzájárul a fajspecifikus anatómiai variációkhoz”.
Bár ezek az egerek nem fejlesztettek ki súlyos rendellenességeket, mint például a polidaktília (többletujjak) – ami gyakori, ha a GLI3 gén funkcionális veszteséget szenved –, a megjelenő változások következetesek és reprodukálhatók voltak. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az R1537C mutáció, bár nem rombolja a gén működését, de megváltoztatja más, a testfejlődés szempontjából fontos gének szabályozását.
Az Gli3R1540Sfs54X mutációval rendelkező egerek exencefáliával, polidaktíliával és más csontrendellenességekkel rendelkeznek, a vizsgált génvariánsnak megfelelően.
Ősi gének, modern emberek
Az egyik legérdekesebb felfedezés, hogy az R1537C variáns ma is jelen van az emberi populáció egy kis részében. A 1000 Genomes projekt adatai szerint a mai európaiak 3,7–7,7%-a hordozza ezt a mutációt a DNS-ében, míg az afrikai populációkban sokkal ritkábban fordul elő.
Ez egy izgalmas lehetőséget vet fel: egyes modern fizikai jellemzők, mint például a mellkas bizonyos formái vagy a gerinc változásai, gyökereiket a neandervölgyi emberek genetikai örökségében találhatják. Bár ezek a hominidek körülbelül 40 000 évvel ezelőtt kihaltak, örökségük tovább él a génállományunkban.
Ahogy a cikk kiemeli: „A neandervölgyi/denisovai GLI3 variánssal rendelkező egerek csontváz-morfológiai eltéréseket mutattak… ami arra utal, hogy a mutáció hatással lehet az egerek és az emberek között megőrződött fejlődési folyamatokra”.
Adaptív előny vagy egyszerű evolúciós véletlen?
Bár a kutatók nem állítják, hogy az R1537C variánsnak egyértelműen negatív hatásai vannak, rámutatnak, hogy néhány következménye függhet a genetikai kontextustól, amelyben megjelenik. Más szavakkal, a mutáció nem önmagában hat: hatása felerősödhet vagy enyhülhet a genom többi részétől függően.
Ebben az értelemben az emberi evolúció lehetővé tehette, hogy ez a fajta variáns megmaradjon a kisebb szelekciós nyomásnak köszönhetően, ahogyan azt a cikk is sugallja: „A mutációt az emberi evolúció során a fejlődési programok korlátozásainak enyhülése tette lehetővé”.
Ezért lehetséges, hogy a neandervölgyi emberek teste – robusztus csontvázukkal, széles mellkasukkal és hosszú koponyájukkal – nem csak az általuk lakott környezetnek köszönhető, hanem annak is, hogy bizonyos mutációk, mint ez, hogyan hatottak a genom többi részére és az embrionális fejlődésre.
Mit mond ez rólunk?
A genetikai kíváncsiságon túl ez a kísérlet jobban megérthetővé teszi, hogy még a kis mutációk is hogyan befolyásolhatják az emberi test alakját. Megerősíti azt az elképzelést is, hogy az ősi DNS nem csupán a múlt maradványai, hanem az evolúció valós időben történő tanulmányozásának eszközei.
Emellett új kérdéseket vet fel saját biológiánkról: lehet, hogy egyes csontbetegségek, csigolyadeformitások vagy fizikai különbségek a kihalt hominidektől örökölt gének hatására alakulnak ki? Bár még nincs végleges válasz, a tanulmány lehetőséget hagy arra, hogy kutassák, hogyan hatnak az R1537C-hez hasonló variánsok környezetünkre és más mutációkra.
A kutatás egy új, hatékony megközelítést is feltár az evolúciós biológiában: nem csak az ősi DNS-t olvassuk, hanem élő szervezetekben is teszteljük, hogy megfigyeljük hatását. Ez a technika, ha óvatosan és etikusan alkalmazzák, teljesen megváltoztathatja az emberi evolúció megértését.
