Ele isolou DNA de múmias egípcias. Ele descobriu os denisovanos, uma espécie extinta do homem antigo, sequenciando o DNA de um minúsculo pedaço de osso. Ele liderou um grande estudo para reconstruir o genoma do Neandertal - e encontrou traços de seus genes que ainda se escondem em alguns de nós hoje. Agora, o geneticista sueco, Dr. Svante Paabo, quer virar a paleontologia de cabeça para baixo novamente - desta vez, ele planeja cultivar células-tronco de Neandertal em minúsculos organóides cerebrais em um tubo de ensaio.
Ele não planeja restaurar completamente o cérebro do Neandertal em um tanque - em vez disso, ele quer usar a edição de genes para dar às células-tronco humanas várias variantes dos genes encontrados nos Neandertais. Essas células-tronco editadas são então colocadas em pequenas células cerebrais que imitam o desenvolvimento do cérebro fetal, completas com seus próprios vasos sanguíneos, redes neurais e sinapses funcionais.
Ao comparar o crescimento de minicérebros não-andertalizados ao de um humano, Paabo espera destacar os fatores genéticos que nos tornam tão especiais.
“Os neandertais eram inteligentes como os outros mamíferos. Eles não iam para o oceano a menos que vissem a outra margem”, diz Paabo. “Mas para mim, a maior questão na história da humanidade é: por que ficamos tão desesperados?”
Revolução do DNA
Os paleontólogos há muito se perguntam como a evolução cegou nossos cérebros incríveis. Ao comparar nossa genética com a de nossos primos macacos mais próximos, os geneticistas isolaram meticulosamente um punhado de genes criticamente diferentes. Por exemplo, pequenas mutações em FOXP2 parecem fundamentar nossa capacidade de formar fonemas e palavras complexos. Alguns até acreditam que FOXP2 é um benefício biológico fundamental que nossa linguagem rica e rica nos oferece.
Infelizmente, a comparação de genomas só pode revelar genes que diferem entre humanos e macacos - mas como esses genes moldaram o desenvolvimento do nosso cérebro continua sem resposta.
Vídeo promocional:
“No passado, apenas nos limitávamos a olhar para dados de sequenciamento e catalogar diferenças em outros primatas”, lamenta o neurogeneticista Simon Fischer, que dirige o Instituto Max Planck de Psicolinguística em Nijmegen, Holanda. "Ficamos um pouco decepcionados depois de trabalhar tantos anos com instrumentos tradicionais."
Agora, graças à incrível tecnologia de DNA, tudo está prestes a mudar.
Cerca de trinta anos atrás, Paabo começou a considerar seriamente uma ideia radical: o DNA pode ser extraído de tecido morto? Embora o DNA seja relativamente estável em comparação com outras biomoléculas, como proteínas, ele começa a se decompor rapidamente após a morte. A famosa dupla hélice, cuidadosamente enrolada pela natureza em estruturas compactas, se quebra em fragmentos cada vez mais curtos com o tempo. Colocar esses fragmentos de volta em estruturas coerentes está provando ser extremamente difícil, mas em 1985, usando os restos mortais de uma múmia de 2.400 anos, Paabo mostrou de forma convincente que isso poderia ser feito.
Essa descoberta abriu as portas da paleontologia. Os cientistas não estão mais presos ao DNA tradicional das espécies vivas modernas; eles agora têm uma ferramenta poderosa para voltar no tempo e explorar o DNA perdido na história.
Cego por este sucesso inicial, Paabo recorreu aos Neandertais, um misterioso ramo dos humanos que foi extinto há mais de 30.000 anos. Em 2016, ele publicou o primeiro genoma Neandertal completo, chocando cientistas e o público com um resultado intrigante: 1 a 6 por cento dos genes de Neandertal estavam presentes em pessoas da Europa, Oriente Médio e Extremo Oriente. Em outras palavras, em algum momento da história antiga, nossos ancestrais dançaram tango horizontal com seus primos neandertais, e nós somos um legado direto dessas danças.
“Os neandertais deixaram uma marca no DNA das pessoas que vivem hoje. É muito legal Os Neandertais não foram completamente extintos”, disse Paabo na época.
Sua descoberta levou a uma questão mais ampla: até que ponto os neandertais são relacionados a nós? Como os humanos modernos, esses hominídeos de mandíbula larga com uma sobrancelha proeminente viviam em cavernas e pintavam paredes, faziam chapéus e decoravam seus corpos com flores muito antes dos humanos modernos pisarem na Europa. No entanto, eles se extinguiram e as pessoas chegaram a um bilhão em número e se espalharam pelo globo.
Ao comparar nossos genomas, a equipe de Paabo identificou várias regiões contendo variações de DNA - mudanças que poderiam ajudar os humanos a se adaptarem. Entre eles estão as regiões genômicas que desempenham um papel no desenvolvimento cognitivo.
Embora nossos destinos totalmente diferentes possam não estar inteiramente relacionados às diferenças de cognição, Paabo acha que este é um bom lugar para começar. E graças às organelas do cérebro, ele agora pode testar sua ideia.
Bolas cerebrais
Os organóides do cérebro são chamados de maneiras diferentes: esferas cerebrais, minicérebros, organelas cerebrais. Inventadas pela primeira vez em 2013, essas bolas bizarras ou gotas cerebrais parecem bastante assustadoras. Mas, como seu crescimento reflete o desenvolvimento do cérebro embrionário humano, essas bolas rapidamente se tornaram o brinquedo favorito dos neurocientistas.
Existem muitas receitas diferentes para fazer organelas cerebrais, mas geralmente são feitas de células-tronco humanas. Sob supervisão próxima, as células lentamente se desenvolvem em pedaços deformados de tecido cerebral usando uma sopa química. Como o cérebro humano real, a maioria das gotas contém uma estrutura semelhante ao córtex cerebral, a camada externa enrugada do cérebro que organiza as funções cognitivas de nível superior, como atenção, linguagem e pensamento.
Depois de um período de tempo suficiente, os neurônios dentro das bolas cerebrais são preenchidos com atividade elétrica e se conectam a redes neurais, com algumas conexões se estendendo por todo o organoide. Essas gotas cerebrais não são “minicérebros” no sentido de que podem pensar ou sentir, não. Mas uma análise cuidadosa de sua composição celular e expressão gênica revelou um conjunto de tipos neuronais funcionais, cujo trabalho combinado lembra o cérebro de um embrião de segundo trimestre.
Em outras palavras, as bolas cerebrais são candidatas ideais para estudar o desenvolvimento do cérebro. Desde o início, eles têm sido usados para simular o autismo, a esquizofrenia e estudar os efeitos do vírus Zika no cérebro fetal.
E agora, graças a Paabo, eles encontrarão aplicações na paleontologia.
Renascimento dos Neandertais
Para restaurar todo o genoma do Neandertal, os cientistas teriam que mudar um milhão de genes. Esse objetivo ambicioso atualmente não é possível, mesmo com ferramentas sofisticadas de edição de genoma como o CRISPR.
Em vez de editar aproximadamente todas as variantes do Neandertal em células-tronco humanas, Paabo adota uma abordagem mais sutil: ele apresenta apenas três genes-chave que diferem em humanos e Neandertais, e então rastreia os efeitos desses genes no desenvolvimento do cérebro.
Este é um método comprovado.
Vários anos atrás, trabalhando com Wieland Hattner, neurocientista do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Molecular e Genética, a equipe cultivou organelas cerebrais usando leucócitos de humanos e outros primatas. As gotas cerebrais evoluíram ao longo de várias semanas, permitindo aos cientistas comparar e contrastar como o crescimento celular difere entre as espécies. Usando microscopia ao vivo, os cientistas descobriram que as células humanas se tornam uma vez e meia mais longas do que os macacos para alinhar seus cromossomos antes de se dividirem em células-filhas. E esse alongamento de alguma forma ajuda os humanos a gerar muito mais células-tronco neurais do que nossos parentes primatas mais próximos.
Paabo espera encontrar mais dessas diferenças marcantes nos minicérebros de Neandertal, pois elas podem explicar por que os humanos modernos conquistaram como espécie.
“O melhor resultado seria que as mudanças genéticas levariam a um crescimento neuronal mais longo ou mais ramificado”, diz ele. "Você poderia dizer que esta é a base biológica do porquê nossos cérebros funcionam de maneira diferente."
Afinal, este é apenas o começo do estudo da singularidade humana, que só se tornou possível agora.
Ilya Khel
