ในการศึกษาเกี่ยวกับมาร์โมเซ็ต ซึ่งเป็นไพรเมตที่มีลักษณะทางพันธุกรรมคล้ายกับมนุษย์ นักวิจัยได้เข้าใกล้ความเข้าใจวิวัฒนาการของสมองมากขึ้น
ทำไมมนุษย์ถึงมีสมองที่ใหญ่เช่นนี้? ความลึกลับของวิวัฒนาการนี้ได้ท้าทายนักวิทยาศาสตร์มานานแล้ว แต่นักวิจัยบางคนกำลังใช้พันธุกรรม โดยเฉพาะยีนที่สามารถพบได้ในHomo sapiensเท่านั้น เพื่อหาคำตอบ
ARHGAP11Bซึ่งเป็นยีนที่พบในมนุษย์เท่านั้น เป็นที่รู้จักจากบทบาทในการขยาย neocortex ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่รับผิดชอบในการทำงานด้านความรู้ความเข้าใจที่สูงขึ้น เช่น ภาษาและการวางแผน ในการทดลองที่มีรายละเอียดในผลการศึกษาใหม่ ที่ ตีพิมพ์ในวารสารScience ในวันนี้ นักวิจัยได้ใส่ยีนเข้าไปในตัวอ่อนของมาร์โมเสท ที่เหมือนกับมนุษย์ เป็นไพรเมต แต่ไม่มียีนดังกล่าว ทีมวิจัยพบว่าหลังจากผ่านไป 101 วัน เนื้องอกในสมองที่กำลังพัฒนาของลิงจะใหญ่ขึ้นและมีรอยพับในเนื้อเยื่อมากกว่าตัวอ่อนในครรภ์ปกติที่ไม่มียีน
การมีรอยพับในสมองส่วนนี้มีความสำคัญเนื่องจากรอยพับเหล่านั้นจะเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับเซลล์สมองหรือเซลล์ประสาท โดยไม่ทำให้สมองใหญ่เกินไปสำหรับกะโหลกศีรษะ การแสดงให้เห็นว่ายีนของมนุษย์บรรลุจุดประสงค์ที่คล้ายคลึงกันในสมองของไพรเมตอีกตัวหนึ่ง ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ว่ามนุษย์อาจมีวิวัฒนาการอย่างไร และอาจชี้ถึงแนวทางการรักษาโรคสมองในอนาคต
สมองขยาย
ยีนARHGAP11Bปรากฏขึ้นเมื่อประมาณ 5 ล้านปีก่อน ไม่นานหลังจากการแยกวิวัฒนาการระหว่างชิมแปนซีกับบรรพบุรุษของมนุษย์ มันเกิดขึ้นจากการกลายพันธุ์เมื่อยีนอื่นARHGAP11Aถูกคัดลอกหรือทำซ้ำ อย่างไรก็ตาม ARHGAP11Bเวอร์ชัน 5 ล้านปีที่รู้จักกันในชื่อ “บรรพบุรุษB ” ไม่ใช่เวอร์ชันที่มนุษย์มีในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์คิดว่าการกลายพันธุ์ของARHGAP11Bเกิดขึ้นอีกครั้งในบรรพบุรุษของมนุษย์เมื่อ 1.5 ล้านถึง 500,000 ปีก่อน ทำให้เกิดยีนเฉพาะของมนุษย์ที่นักวิจัยใช้ในการศึกษาล่าสุด
Wieland Huttner จาก Max Planck Institute of Molecular Cell Biology หนึ่งในผู้เขียนการศึกษากล่าวว่า “ลำดับเฉพาะของมนุษย์นั้นจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับความสามารถของยีนในการขยายเซลล์ต้นกำเนิดจากสมองที่เกี่ยวข้องในการพัฒนา
การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นผลกระทบที่คล้ายคลึงกันในหนูและพังพอนที่ได้รับการดัดแปลงให้มียีน“B ใหม่” อย่างไรก็ตาม การใช้แบบจำลองสัตว์เหล่านี้หมายความว่ายีนไม่จำเป็นต้องแสดงออกในลักษณะเดียวกับในมนุษย์ ผู้เขียนศึกษา Michael Heide จากสถาบัน Max Planck กล่าวว่าทีมต้องการศึกษาแบบจำลองสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์อย่างใกล้ชิด และตัวเลือกที่ใช้ได้จริง 2 ทางคือมาโมเสทและลิงแสม
“เราคิดว่ามาร์โมเสทน่าจะเป็นรุ่นที่ดีกว่าเพราะนีโอคอร์เท็กซ์ของลิงแสมมีคุณสมบัติหลายอย่างที่ใช้ร่วมกับนีโอคอร์เทกซ์ที่ใหญ่และพับ อย่างไรก็ตาม มาร์โมเสทนั้นเรียบและมีขนาดเล็กมาก” ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่างของมาร์โมเสทนีโอคอร์เทกซ์จะมองเห็นได้ง่าย
นักวิจัยได้ใช้ “lentivirus” ซึ่งเป็นพาหะของไวรัสที่ไม่สามารถทำซ้ำได้ lentivirus มีARHGAP11Bรวมทั้งเครื่องหมายโปรตีนที่จะช่วยให้นักวิจัยสามารถเห็นได้ว่ายีนนั้นแสดงออกที่ใด รวมถึงยีนโปรโมเตอร์หรือลำดับดีเอ็นเอที่ควบคุมการแสดงออกของยีนที่เฉพาะเจาะจง
เดบร้า ซิลเวอร์ นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์สมองแห่งมหาวิทยาลัยดุ๊ก กล่าวว่า วิธีการของนักวิจัยในการศึกษานี้ ได้รับการปรับปรุงจากวิธีที่ใช้กับหนูและพังพอน ให้น้ำหนักมากกับความสำคัญของผลลัพธ์ “ความท้าทายประการหนึ่ง [สำหรับการศึกษาประเภทนี้] คือคุณสามารถมี [การแสดงออก] ระดับสูงอย่างผิดปกติได้ มันเหมือนกับการใช้รถบรรทุก Mack เพื่อขับบางอย่างกับสิ่งที่บอบบางกว่าอย่าง Toyota แนวคิดก็คือ พวกเขากำลังพยายามเข้าใกล้สิ่งที่ปกติจะแสดงออกมาในสมองของมนุษย์”
นอกจากนี้ ซิลเวอร์ยังกล่าวอีกว่า การศึกษาแสดงให้เห็นว่า ผลกระทบที่เด่นชัดของยีน นอกเหนือจากการเพิ่มขนาดและจำนวนพับในนีโอคอร์เทกซ์แล้ว ยังควบคุมการผลิตเซลล์ประสาทบางชนิดที่พัฒนาในภายหลังและมีความสำคัญมากกว่าสำหรับการประมวลผลระดับสูง .
เมแกน เดนนิส ผู้ศึกษาเกี่ยวกับพันธุศาสตร์ของสมองมนุษย์ที่สถาบัน MIND แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส สถาบัน MIND แต่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ กล่าวว่า งานวิจัยชิ้นนี้บรรลุขั้นตอนสำคัญด้วยการพิสูจน์ผลของยีนในไพรเมต
“เรามีรายชื่อยีนทั้งหมดที่เราคิดว่าอาจมีความสำคัญในสิ่งที่ทำให้เราเป็นมนุษย์ที่ไม่เหมือนใคร แต่เราแทบจะไม่ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าพวกเขาเป็นผู้มีส่วนร่วมจริงๆ” เดนนิสกล่าว “และฉันต้องบอกว่าการศึกษาเช่นนี้ทำให้ARHGAP11Bอยู่ในอันดับต้น ๆ ของรายการในฐานะยีนที่อาจมีความสำคัญต่อการพัฒนาสมองของมนุษย์ได้เป็นอย่างดี”
มีอะไรใหม่
เนื่องจากARHGAP11Bอยู่ในขอบเขตของจีโนมมนุษย์ที่ทราบว่ามีความเกี่ยวข้องกับความบกพร่องทางสติปัญญา โรคจิตเภท และโรคลมบ้าหมู การเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของจีโนมจึงมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจโรค ตัวอย่างเช่น สมองของมนุษย์ที่มีขนาดใหญ่เกินไป (macrocephalized) อาจประสบปัญหาทางระบบประสาทและพฤติกรรม ซึ่งรวมถึงออทิสติก
การทำความเข้าใจยีนที่มีลักษณะเฉพาะของมนุษย์ เช่นARHGAP11Bอาจช่วยในการพัฒนาวิธีการรักษาแบบใหม่ ผู้เขียนการศึกษานี้แนะนำว่ายีนนี้มีศักยภาพที่จะเป็นประโยชน์ในการเจริญเติบโตของเซลล์ต้นกำเนิดที่สามารถช่วยรักษาโรคเช่นพาร์กินสันซึ่งมีการระบุการกลายพันธุ์ที่ชัดเจน
แต่แนวคิดในการใช้ยีนหรือสิ่งอื่นที่คล้ายคลึงกันในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและหน้าที่ที่จำเป็นของสมองมนุษย์ ทำให้เกิดข้อกังวลด้านจริยธรรมทั้งแบบจำลองการทดสอบในสัตว์และพันธุวิศวกรรม
“คุณต้องระวังให้มาก” Huttner กล่าว “ถ้าคุณทำการดัดแปลงพันธุกรรมในมนุษย์ คุณสามารถทำได้ก็ต่อเมื่อมันคือการรักษาโรคที่คุณมีการกลายพันธุ์ที่ผิดปกติและคุณนำมันกลับไปสู่ลำดับปกติที่ระบุ แค่นั้นเอง แต่การพยายาม ‘พัฒนา’ มนุษย์ ไม่มีทางเป็นไปได้”
