Neandertal Beyni Laboratuvarda Canlandırılıyor: Neanderoidler

Antik DNA, organoidler ve CRISPR teknolojisi… Son zamanların en popüler konu başlıkları bir çalışmada birlikte kullanıldı. Neandertal beyni laboratuarda üretildi ve çalışmayı yapan ekip bunu “neanderoid” olarak adlandırdı.

Bilim insanları araştırmalarında tarih öncesi ve modern biyolojiyi kıyaslayarak insanları neyin eşsiz yaptığını bulmayı ümit ediyor. Sizlerle bu çalışmayı paylaşmadan önce gelin bu terimler neler ve bizlere ne katabilirler sorularına cevap arayalım.

Antik DNA, Organoid ve CRISPR

Çalışmanızda bir Neandertal beyni kullanmak istiyorsanız pek şanslı değilsiniz demektir çünkü soyu tükenmiş olan Neandertallarden geriye sadece kemikler kaldı.  Çözümü ise Alysson Muotri yaptığı çalışmayla buldu: onları petri kabında oluşturmak. Antik DNA çalışmaları, genetik alanında yaşanan gelişmelerle hız kazandı ve gün geçtikçe önemini arttırıyor. Yaklaşık on yıl öncesinde başlayan bir projede, çeşitli ülkelerde keşfedilen üç adet 38.000 yıllık kadın neandertalden DNA elde edildi.

Organoidleri ise tıp için bir devrim olarak gösterebiliriz. Artık insanlardan alınan kök hücreler uygun şartlarda istenilen organımsı yapıya dönüşebiliyor. Bu yapıya da organoid denilmekte. Elde edilen bu organoidler, organın bütün özelliklerini yansıtmıyor fakat çalışmalar yeterince umut verici. Örneğin bir beyin organoidi şimdilik düşünemiyor ve makroskobik olarak yapılar belli değil ancak beynin gerçekçi mikro anatomisini çalışabilmek için bizlere imkân sağlamakta. Canlı insan bedeni üzerinde çalışma olanaklarının sınırlı olmasını göz önüne aldığımızda organoidlerin önemi daha da açık görülebiliyor. Bu sistem kendi kendini oluşturabilmesiyle göze çarpıyor. Embriyolar da aslında bunu yapıyor.

CRISPR, bakterilerde bulunan etkili bir savunma mekanizmasıdır. CRISPR için kısaca gen düzenleme aracı diyebiliriz. Bu sistemin bilim insanları tarafından kullanılmaya başlanması ise mükemmel bir gelişme ve bilim dünyasında büyük ilgi görüyor. Bu ilginin sebebi olarak CRISPR’ın diğer gen düzenleme tekniklerinden daha ucuz, etkili, hızlı ve doğru olması gösterilebilir. Bu teknik sadece çalışmaların yapılış metodunu değil aynı zamanda hastalıkları nasıl tedavi edeceğimizle ilgili görüşlerimizi de değiştirdi. Halihazırda bu tekniğin insanlar için güvenilir olup olmadığını belirleyecek çalışmalar devam ediyor. Yeni bir alan olmasından ötürü geçen zaman içerisinde pek çok çalışma yapılıyor ve bu alandaki etik ve tekniğin güvenilirliği tartışmaları daha uzun süre devam edecek gibi görünüyor.

Neanderoidler

Bilim insanları yapılan çalışmayla genlerin incelenmesinin ardından neandertallar ve insanlar arasındaki farkı ortaya koymak istiyor. İnsanlar ve neandertallarin melezlenmiş olduğu DNA çalışmalarıyla belirlendi. Bu bulgular ışığında yapılan çalışmayla birlikte modern sorunlar da aydınlatılabilir.  Oluşturulan beyinler olgunlaştıklarında yaklaşık 0,5 cm çapında oluyorlar yani gözle görülebilirler.

Petri kabında minik neanderoidler

Neandertel Beyin Organoidleri Nasıl Üretiliyor?

Alysson Muotri insanlar ve neandertellerin paylaşmadığı yaklaşık 200 genden biri olan NOVA1 adlı gene odaklandı. NOVA1, insanlarda beyin gelişiminden sorumlu ayrıca şizofreniyle ve otizmle bağlantılı. Muotri ve ekibi nörotipik (genetik olarak nörolojik bir hastalığı olmayan) bir insandan deri hücrelerini alıp pluripotent kök hücrelerine dönüştürdü. CRISPR kullanılarak NOVA1 geni hedeflendi ve modern insana eklendi. Ardından modern insan beyin organoidi üretimiyle aynı şekilde işlemler gerçekleştirildi. Bu organoidler 0,5 cm’den büyük değiller, çünkü damar yapılanması bulunmadığı için yeterince beslenme sağlayamıyorlar.  Beslenmeleri ise difüzyonla gerçekleşmekte. Bu çalışma hangi türün daha akıllı olduğunu değil ama plan yapma, sosyalleşme ve dili kullanma becerilerindeki farklılıkları ortaya koyabilir.

Önemli Farklılıklar

İnsan beyin organoidleri küre biçimindeyken neandertal beyin organoidleri patlamış mısıra benzemekte. Ayrıca neanderoidlerde daha az sayıda sinaptik bağlantı var ve bozulmuş sinir ağları mevcut. Alysson Muotri otizme sahip bireylerle neandertallari karşılaştırmak istemediğini ve bu özellikler otizmli bir bireyden elde edilen insan beyin organoidleriyle benzerlik gösterse de bu benzerliğin herhangi bir şey ifade edip etmediğini söylemenin zor olduğunu belirtiyor.

Sırada Ne Var?

Neanderoidlerin boyutunun damarlanma yapısı olmadığı için belirli sınırlarda kaldığını gördük. Bu çalışmayı yapmış olan Muotri ise daha büyük organoidler üretme peşinde. Bunu da biyo-yazıcılarla organoidin içinde yapay damarlar üreterek başarmak istiyor. Muotri ve ekibi bilim kurgu olarak görebileceğimiz bir fikre de sahip.  İnsan mini beyinlerinden gelen elektriksel beyin sinyallerini ölçen bir cihazı robotlara bağlayıp bir öğrenme geri dönüş sistemi oluşturmayı istiyorlar. Son olarak da aynı metodu neanderoidlerde kullanarak öğrenme becerisini ölçmeyi umut ediyorlar.

Kaynaklar ve ileri Okuma:

Makale Neanderthal brain organoids come to life

Makale Mini Neanderthal Brains Are Growing in Petri Dishes

Makale On the use and abuse of ancient DNA

Makale What are genome editing and CRISPR/Cas-9?

Görsel ScienceMag – Petri kabında minik neanderoidler

Laboratuvarda Beyin Üretmek: Serebral Organoidler

***

Anasayfamızdan daha fazla sinirbilim yazısına ulaşabilir, podcast ve videolarımıza erişebilirsiniz.