Naučnici koji proučavaju ljudski mozak došli do čudesnog otkrića: "U pitanju su 2 spojena sistema"

Možda zvuči kao početak nekog naučnofantastičnog filma, ali priča je stvarna: ono što danas zovemo ljudskim mozgom, prema novom istraživanju naučnika sa Stanforda, zapravo je nastalo iz dvije odvojene razvojne linije ćelija koje su se kroz evoluciju spojile u ono što danas funkcioniše kao jedan organ.

Istraživanje, objavljeno 18. septembra u časopisu Nature Neuroscience, moglo bi promijeniti način na koji naučnici razmišljaju o razvoju mozga, ali i pomoći u istraživanju bolesti koje zahvataju moždano stablo, među kojima su spinalna mišićna atrofija (SMA) i amiotrofična lateralna skleroza (ALS).

Da odmah riješimo najzanimljiviji dio: ne, niko nije otkrio da u našoj glavi zapravo imamo dva potpuno odvojena mozga. Istraživači su otkrili nešto mnogo suptilnije i možda zbog toga još zanimljivije. Desetljećima je prevladavala pretpostavka da različiti dijelovi mozga potiču od jedne zajedničke populacije progenitorskih ćelija u najranijim fazama razvoja embrija. Novo istraživanje pokazuje da to nije baš tako.

Prednji dio mozga, koji uključuje prednji i srednji mozak i povezan je s funkcijama poput jezika, svijesti, apstraktnog razmišljanja i drugih složenijih procesa, razvija se iz jedne populacije ćelija. Stražnji dio, odnosno zadnji mozak, razvija se iz druge. Te dvije razvojne linije pojavljuju se paralelno, a ne tako što se jedna kasnije grana iz druge. Istraživači su ih identificirali još tokom najranijih faza embrionalnog razvoja, kada se tijelo tek počinje oblikovati.

Dva puta, jedan mozak

Tim predvođen Kyleom Lohom sa Stanford Medicine proučavao je razvoj mišjih embrija i pronašao dvije različite populacije progenitorskih ćelija. Jedna je povezana s genom Otx2 i iz nje nastaju prednji i srednji mozak, dok je druga povezana s genom Gbx2 i usmjerena je prema razvoju zadnjeg mozga. Istraživači su ustanovili da se te dvije populacije od samog početka ne preklapaju. Imaju i različitu organizaciju hromatina, svojevrsnog "pakovanja" DNK koje određuje kojim genima ćelija može pristupiti. Drugim riječima, vrlo rano u razvoju ćelije dobijaju različite upute i kreću različitim putevima.

"Pokazali smo prvi put da prednji dio mozga nastaje iz potpuno drugačije progenitorske ćelije nego stražnji dio mozga", rekao je Kyle Loh, profesor razvojne biologije na Stanfordu.

A upravo je to otkriće pomoglo objasniti nešto što je naučnicima godinama zadavalo glavobolju. Naime, naučnici već dugo pokušavaju u laboratoriji uzgojiti ljudske neurone zadnjeg mozga kako bi mogli proučavati bolesti koje ih pogađaju. Ali nisu imali mnogo uspjeha, no čini se da smo sada na tragu odgovora. Ako pokušavate jednu vrstu progenitorske ćelije "nagovoriti" da postane druga vrsta ćelije za koju ona od samog početka nije predodređena, rezultat neće biti naročito uspješan.

"Prethodni pokušaji stvaranja neurona zadnjeg mozga vjerovatno su pokušavali nagovoriti progenitore prednjeg i srednjeg mozga da postanu ćelije zadnjeg mozga, što naša studija pokazuje da nije moguće", objasnio je Rayyan Jokhai, jedan od prvih autora istraživanja.

Kada su shvatili gdje je problem, istraživači su uspjeli nešto što ranije nije bilo moguće: iz ljudskih pluripotentnih matičnih ćelija uzgojili su funkcionalne motorne neurone zadnjeg mozga. Ćelije su pokazivale električnu aktivnost karakterističnu za stvarne neurone i proizvodile proteine koji odgovaraju područjima zadnjeg mozga zaduženim, između ostalog, za kontrolu mišića lica i gutanja.

Trag vodi 550 miliona godina unazad

I tu priča postaje još zanimljivija. Istraživači nisu ostali samo na ljudima i miševima. Pogledali su mnogo dalje u evolucijsku prošlost, otprilike 550 miliona godina. Isti obrazac dviju razvojnih linija pronašli su kod kokoši, zebrica i, prilično nevjerovatno, kod bodljikaša poznatih kao crijevnjaci (acorn worms), sićušnih morskih životinja koje s nama dijele veoma dalekog zajedničkog pretka. Kod meduza je situacija još zanimljivija: one su se od naše evolucijske linije odvojile prije otprilike 600 do 700 miliona godina i imaju dva nervna sistema smještena na različitim krajevima tijela.

"Naše istraživanje sugerira da je evolucija uzela dva postojeća nervna sistema i prostorno ih spojila", rekao je Loh.

Dakle, naš mozak možda nije toliko "jedna savršeno dizajnirana stvar" koliko rezultat vrlo starog evolucijskog kompromisa. Dva sistema, a jedna glavana i jedan organ koji danas savršeno funkcioniše kao cjelina. Otkriće nije zanimljivo samo zato što mijenja način na koji razumijemo vlastiti mozak. Istraživači se nadaju da će mogućnost uzgoja neurona zadnjeg mozga u laboratoriji omogućiti bolje proučavanje bolesti poput SMA i ALS-a. Kod ovih bolesti neki neuroni zadnjeg mozga postepeno gube funkciju. Posljedice mogu uključivati probleme s gutanjem, a kasnije i s disanjem. Do sada je proučavanje tih procesa bilo otežano jer naučnici ne mogu jednostavno uzeti tkivo moždanog stabla živog pacijenta. Sada bi mogli imati svojevrsni laboratorijski model na kojem mogu pratiti šta se s tim neuronima događa.

A postoji i pomalo neočekivana veza s još jednom savremenom temom: lijekovima za mršavljenje. Zadnji mozak sadrži nervne krugove koji učestvuju u regulaciji gladi, što je važno i za razumijevanje djelovanja lijekova poput semaglutida. Istraživači sada žele proširiti rad i na razvoj kičmene moždine te pokušati bolje razumjeti kako SMA i ALS narušavaju funkciju neurona zadnjeg mozga.

"Sada imamo model za bolje razumijevanje ovih teških bolesti i rad prema regenerativnim terapijama za njih", rekao je Jokhai.

Zaključak je kako je najljepši dio cijele priče činjenica da, nakon svih stoljeća proučavanja, ljudski mozak još uvijek uspijeva iznenaditi naučnike. Ono što smo zamišljali kao jednu savršeno povezanu cjelinu možda je, u dubokoj prošlosti, bilo nešto sasvim drugo: dva drevna nervna sistema koja su kroz stotine miliona godina naučila živjeti zajedno.