Адам мен шимпанзенің генетикалық қоры 96 пайыздан астам сәйкес келгенімен, миының дамуы екі түрлі бағытта өрбіген.
Ғалымдар бұл айырмашылыққа бірнеше миллион жыл бұрын болған вирустық пандемия әсер етуі мүмкін деген болжам ұсынды. Жаңа зерттеу ежелгі вирустың геномда қалдырған ізі адам миының қалыптасуына қатысатын гендердің белсенділігіне ықпал еткенін көрсетті.
Адамның басқа приматтардан басты ерекшеліктерінің бірі – миының көлемі мен күрделілігі. Оның ми қыртысында нейрондар көбірек, ал олардың арасындағы синапстық байланыстар анағұрлым дамыған. Адам миының көлемі эволюциялық тұрғыдан ең жақын туыстарының бірі саналатын шимпанзенің миынан шамамен үш есе үлкен. Бұл ерекшеліктер адамның танымдық қабілеттерінің жоғары болуына негіз болады.
Адам мен шимпанзенің ақуыз түзетін гендері 96 пайыздан астам деңгейде сәйкес келеді. Алайда адамның миын өзгеше етіп қалыптастырған генетикалық тетіктер әлі де толық анықталған жоқ.
Бұған дейінгі зерттеулер адам мен басқа приматтардың миындағы айырмашылықтардың бір бөлігі геномның ақуыз кодтамайтын бөліктерінде жатуы мүмкін екенін көрсетті. Ғалымдар, әсіресе, эндогенді ретровирустарға назар аударып отыр.
Геномда сақталған ежелгі вирустардың ізі
Эндогенді ретровирустар – ертедегі вирустық инфекциялардан қалған генетикалық іздер. Миллиондаған жыл бұрын мұндай вирустардың ДНҚ-сы жыныс жасушаларының геномына еніп, кейін ұрпақтан ұрпаққа беріліп отырған. Уақыт өте келе олар тірі ағзалардың генетикалық материалының бір бөлігіне айналды.
Адам мен шимпанзенің геномындағы ДНҚ тізбектерінің кемінде 8 пайызы осындай эндогенді ретровирустарға тиесілі. Ғалымдар оларды геномның «қазба қалдықтарына» теңейді. Дегенмен бұл вирустық іздер жай ғана сақталып қалған қалдық емес: олар ағзадағы белгілі бір гендердің белсенділігіне әсер ете алады. Осы қасиетіне байланысты зерттеушілер эндогенді ретровирустар жаңа түрлердің қалыптасуына ықпал етуі мүмкін деген болжам жасаған.
Шимпанзенің геномында кездесетін PTERV1 ретровирусы адам геномында мүлде жоқ. Ғалымдар болжамынша, бұл вирус шамамен 5-7 миллион жыл бұрын африкалық адамтектес маймылдардың арғы тегіне таралған пандемия кезінде шимпанзе тегінің геномына енген болуы мүмкін. Бұл кезең адам мен шимпанзенің эволюциялық тармақтары бір-бірінен ажырай бастаған уақытпен тұспа-тұс келеді.
Ал PTERV1 вирусының адам геномында кездеспеуін зерттеушілер адам жасушаларының осы вирусқа төзімді болуымен байланыстырады.
Швециядағы Лунд университетінің молекулалық нейрогенетика зертханасының ғалымдары осы деректерге сүйене отырып, PTERV1 вирусы адам мен шимпанзенің арғы тегінің жеке түрлерге бөлінуіне ықпал еткен болуы мүмкін деген гипотеза ұсынды. Сонымен қатар олар бұл вирустың шимпанзе геномында сақталуы оның миының даму жолына да әсер етуі мүмкін деп болжады.
Вирустың ген белсенділігіне әсері қалай анықталды?
Бұл болжамды тексеру үшін ғалымдар адам мен шимпанзенің дің жасушаларын пайдаланып, ми органоидтарын өсірді. Зерттеу нәтижелері Science Advances ғылыми журналында жарияланды.
Ми органоидтары – нағыз ми тінінің кейбір ерекшеліктерін қайталайтын үш өлшемді шағын құрылымдар. Олар мидың ерте даму кезеңінде жүретін үдерістерді зерттеуге мүмкіндік береді.
Екі түрден алынған органоидтарды салыстыру барысында ғалымдар маңызды айырмашылық байқаған. Шимпанзе жасушаларынан өсірілген органоидтарда LINC00662 генінің белсенділігі толық дерлік тоқтаған. Ал адам жасушаларынан алынған үлгілерде бұл ген белсенді күйде қалған.
Зерттеушілер бұған PTERV1 вирусының геномға енген бөлігі себеп болуы мүмкін деп пайымдады. Мұны тексеру үшін олар CRISPR-Cas9 геномды редакциялау технологиясын қолданып, шимпанзе жасушаларынан вирусқа тиесілі ДНҚ бөлігін алып тастаған.
Нәтижесінде LINC00662 генінің белсенділігі қайта қалпына келген. Ғалымдардың айтуынша, бұл тәжірибе шимпанзе геномындағы вирустық фрагменттің осы геннің жұмысын тоқтатуға себеп болатынын көрсетті.
Одан кейін зерттеушілер LINC00662 генінің адам миының дамуындағы қызметін тексерді. CRISPR жүйесінің көмегімен олар адам миының органоидтарындағы осы генді өшірген. Соның нәтижесінде нейрондардың дамуына және олардың арасындағы синапстық байланыстардың қалыптасуына қатысатын гендердің белсенділігі төмендеген.
Бұл нәтиже LINC00662 генінің адам миының ерте дамуында маңызды рөл атқаратынын аңғартты.
Адам миының ерекшелігі тек гендер санында емес
Зерттеу авторларының қорытындысы бойынша, адам мен шимпанзенің айырмашылығы гендердің құрамымен ғана шектелмейді. Гендердің қайсысы белсенді жұмыс істейтіні және олардың белсенділігіне қандай факторлар әсер ететіні де маңызды.
Ғалымдардың пайымдауынша, миллиондаған жыл бұрын шимпанзенің арғы тегінің геномына енген PTERV1 вирусының қалдығы ми дамуына қатысатын гендердің бірінің белсенділігін өзгертуі мүмкін. Бұл адам мен шимпанзе миының дамуындағы айырмашылықтарды түсіндіруге көмектесетін ықтимал тетіктердің бірі.
