یک ویروس باستانی ممکن است در تکامل متفاوت مغز انسان و شامپانزه نقش داشته باشد

پژوهشی تازه نشان می‌دهد بقایای یک ویروس باستانی در ژنوم شامپانزه‌ها می‌تواند فعالیت ژن‌های موثر در رشد سلول‌های عصبی را تغییر دهد؛ یافته‌ای که شاید به توضیح چگونگی شکل‌گیری تفاوت‌های چشمگیر میان مغز انسان و شامپانزه کمک کند.

پایگاه خبری ساینس‌نیوز با استناد به یافته‌های این تحقیق گزارش داد دی‌ان‌ای به‌جامانده از عفونتی که میلیون‌ها سال پیش رخ داده، هنوز در ژنوم شامپانزه‌ها وجود دارد، اما در انسان دیده نمی‌شود.

شامپانزه یکی از نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده انسان به شمار می‌رود، اما حجم مغز انسان حدود سه برابر مغز این جانور است و توانایی‌های شناختی پیشرفته‌تری دارد.

با این حال، به گفته یوهان یاکوبسون، عصب‌شناس دانشگاه لوند سوئد، بیشتر ژن‌های سازنده پروتئین در این دو گونه بسیار شبیه هستند.

همین شباهت پژوهشگران را به بررسی بخش‌هایی از ژنوم سوق داد که زمان و محل فعال یا غیرفعال شدن ژن‌ها را تنظیم می‌کنند.

یافته‌های این پژوهش به‌تازگی در نشریه «ساینس ادونسز» منتشر شده است.

رد پای یک ویروس باستانی

یکی از عواملی که می‌تواند بر این تنظیم اثر بگذارد، ویروس‌ها هستند. گروهی از آن‌ها که «رتروویروس» نامیده می‌شوند، دی‌ان‌ای خود را وارد ژنوم میزبان می‌کنند تا سلول آلوده را به ساخت ویروس‌های تازه وادارند.

گاهی این ماده ژنتیکی حتی پس از پایان عفونت باقی می‌ماند و اگر وارد سلول‌های تولیدمثلی شده باشد، به نسل‌های بعد منتقل می‌شود.

این بقایای ژنتیکی «رتروویروس‌های درون‌زاد» نام دارند. آن‌ها دیگر اطلاعات ژنتیکی لازم برای تولید ویروس‌های عفونی را ندارند، اما همچنان می‌توانند بر فعالیت ژن‌های میزبان تاثیر بگذارند.

بقایای ویروسی دست‌کم هشت درصد ژنوم انسان و شامپانزه را تشکیل می‌دهند و پژوهش‌های پیشین نقش آن‌ها را در تحولاتی مانند پیدایش جفت در پستانداران نشان داده‌اند.

یاکوبسون و همکارانش سراغ بقایای ویروسی رفتند که حاصل عفونت یکی از نیاکان میمون‌های انسان‌نمای آفریقایی در حدود پنج تا هفت میلیون سال پیش است.

رد این ویروس در ۱۵۸ نقطه از ژنوم شامپانزه‌ها دیده می‌شود، در حالی که در ژنوم انسان اثری از آن نیست. علت این تفاوت همچنان نامعلوم است.

حذف دی‌ان‌ای ویروسی چه چیزی را آشکار کرد؟

پژوهشگران برای بررسی تاثیر این تفاوت، از سلول‌های بنیادی شامپانزه و فناوری ویرایش ژن «کریسپر» استفاده کردند.

آن‌ها توالی دی‌ان‌ای ویروسی مورد بررسی را حذف کردند و دریافتند ژن مجاور آن، موسوم به LINC00662، که پیش‌تر غیرفعال بود، فعال شد و شروع به تولید آران‌ای کرد.

این ژن معمولا در شامپانزه غیرفعال است، اما در سلول‌های مغز انسان فعالیت دارد.

آران‌ای مولکولی است که در بیان و تنظیم اطلاعات ژنتیکی نقش دارد. شناسایی آن به پژوهشگران امکان داد فعال شدن ژن را پس از حذف دی‌ان‌ای ویروسی تشخیص دهند.

این آزمایش نشان داد توالی ژنتیکی به‌جامانده از ویروس می‌تواند فعالیت ژن مجاور خود را تغییر دهد.

گروه پژوهشی آزمایش معکوس را نیز انجام داد: با کریسپر، ژن LINC00662 را در سلول‌های انسانی غیرفعال کرد تا وضعیتی مشابه شامپانزه پدید آید.

نتایج حاکی از آن بود که وقتی این ژن در سلول‌های هر دو گونه فعال باشد، فعالیت مجموعه‌ای از ژن‌های دیگر نیز افزایش می‌یابد؛ از جمله ژن‌های موثر در رشد و بلوغ نورون‌ها و ایجاد ارتباطات تازه میان سلول‌های عصبی.

این یافته نشان داد بقایای ویروسی می‌توانند بر شبکه‌ای از ژن‌های مرتبط با رشد مغز اثر بگذارند.

یک سرنخ، نه پاسخ نهایی

ساینس‌نیوز در ادامه گزارش داد هنوز دقیقا مشخص نیست غیرفعال شدن این شبکه ژنی بر اثر وجود دی‌ان‌ای ویروسی، چه تاثیری بر رشد و عملکرد مغز شامپانزه‌ها گذاشته است.

یاکوبسون معتقد است این تفاوت ممکن است در شکل‌گیری مسیرهای تکاملی متفاوت مغز انسان و شامپانزه نقش داشته باشد، هرچند تاثیر سایر عوامل ژنتیکی و محیطی را نیز نمی‌توان نادیده گرفت.

به گفته او، یافته‌ها نشان می‌دهند ورود دی‌ان‌ای یک ویروس باستانی به ژنوم چگونه می‌تواند تفاوتی پایدار در تنظیم فعالیت ژن‌ها میان دو گونه ایجاد کند.

جورجا مودنینی، زیست‌شناس تکاملی دانشگاه پادووا که در این پژوهش مشارکت نداشت، گفت بر اساس نتایج جدید، تغییرات ژنتیکی در جریان تکامل تنها به جایگزینی واحدهای سازنده دی‌ان‌ای با یکدیگر محدود نیستند و می‌توانند از راه‌های دیگری نیز رخ دهند.

راویندر کاندا، متخصص ژنتیک تکاملی دانشگاه آکسفورد بروکس، نیز شواهد مربوط به تاثیر این بقایای ویروسی بر رشد و تکامل نورون‌ها را قانع‌کننده خواند، اما تاکید کرد هنوز نمی‌توان دامنه پیامدهای آن را مشخص کرد.

او احتمال داد سازوکارهای دیگری هم در تنظیم ژن‌ها دخالت داشته باشند و این نمونه تنها بخش کوچکی از نقش ویروس‌های باستانی در تکامل مغز باشد.

کاندا افزود: «فکر می‌کنم هنوز رتروویروس‌های بسیار زیادی برای کشف شدن وجود دارند و آنچه تاکنون شناخته‌ایم، تنها نوک کوه یخ است.»