Ini Dia Gen yang Membedakan Otak Manusia Modern dengan Purba

Satu perubahan gen tunggal dalam otak manusia modern ditengarai sebagai faktor yang memisahkan kita dari para ‘sepupu’ Neanderthal yang kini telah punah.

Para peneliti membuat katalog perbedaan antara genom manusia modern yang beragam dan genom manusia purba -Neanderthal dan Denisovan. Mereka menemukan 61 gen yang berbeda, dengan satu gen kunci, NOVA1, yang menjadikan kita 'manusia modern' karena memengaruhi gen lain selama awal perkembangan otak.

Para peneliti menggunakan penemuan itu untuk menciptakan 'otak mini' yang meniru pikiran Neanderthal dengan sel punca. Ini memungkinkan mereka membuat perbandingan langsung dengan otak manusia modern.

Mereka menemukan bahwa 'organoid otak' neanderthal tampak sangat berbeda 'dengan manusia modern, dengan bentuk yang sangat berbeda dan fungsi protein yang berbeda.

Perubahan genetik tunggal ini dapat menjelaskan kapabilitas modern dalam perilaku sosial, bahasa, adaptasi, kreativitas, dan penggunaan teknologi, menurut tim dari Fakultas Kedokteran Universitas California San Diego.

Untuk studi tersebut, para peneliti, termasuk penulis utama Alysson R. Muotri, mulai memahami bagaimana otak manusia berevolusi dan berbeda dari otak kerabat kita yang telah punah.

Studi evolusi sangat bergantung pada dua alat - genetika dan analisis fosil - untuk mengeksplorasi bagaimana suatu spesies berubah seiring waktu. Tetapi, tidak ada pendekatan yang dapat mengungkapkan banyak hal tentang perkembangan dan fungsi otak karena otak tidak memfosil, kata Muotri. Alhasil,  tidak ada catatan fisik untuk dipelajari.

Sel punca

Jadi, Muotri memutuskan untuk mencoba sel punca, metode yang tidak lazim dalam rekonstruksi evolusioner, untuk mencoba meniru otak Neanderthal. Sel punca, prekursor pembaruan diri dari jenis sel lain, dapat digunakan untuk membangun organoid otak - 'otak mini' di piring laboratorium.

Muotri dan koleganya telah memelopori penggunaan sel punca untuk membandingkan manusia dengan primata lain, seperti simpanse dan bonobo, tetapi hingga saat ini, perbandingan dengan spesies yang punah tidak mungkin dilakukan.

Untuk membuat otak, pertama-tama mereka perlu memahami perbedaan kode genetik dari setiap spesies manusia yang diteliti. Mereka membuat katalog perbedaan antara genom populasi manusia modern yang beragam dan Neanderthal dan Denisovan, yang hidup selama Zaman Pleistosen, sekitar 2,6 juta hingga 11.700 tahun yang lalu.

Para peneliti menggunakan pengeditan gen CRISPR untuk merekayasa sel induk manusia modern dengan mutasi mirip Neanderthal di NOVA1. Kemudian mereka mengarahkan sel punca untuk membentuk sel-sel otak dan akhirnya organoid otak yang diubah menjadi Neanderthal.

"Sangat menarik untuk melihat bahwa perubahan pasangan basa tunggal dalam DNA manusia dapat mengubah cara otak terhubung," kata Muotri.

Tim tidak dapat mengatakan dengan tepat kapan perubahan terjadi dalam sejarah evolusi kita, tetapi yakin itu adalah langkah signifikan dalam menjadikan kita seperti sekarang ini.

Muotri percaya dengan studi 'dapat membantu menjelaskan beberapa kemampuan modern kita dalam perilaku sosial, bahasa, adaptasi, kreativitas, dan penggunaan teknologi.'

Organoid otak adalah kelompok kecil sel otak yang dibentuk oleh sel punca, tetapi sebenarnya bukan otak - salah satunya, mereka kekurangan koneksi ke sistem organ lain.

Meskipun demikian, oganoid adalah model yang berguna untuk mempelajari genetika, perkembangan penyakit, dan respons terhadap infeksi dan obat terapeutik.

Tim Muotri bahkan telah mengoptimalkan proses pembentukan organoid otak untuk mencapai gelombang osilasi listrik terorganisir yang serupa dengan yang diproduksi oleh otak manusia.

Sangat berbeda

Organoid otak ber-Neanderthal tampak sangat berbeda dari organoid otak manusia modern, bahkan dengan mata telanjang.

Mereka memiliki bentuk yang sangat berbeda. Mengintip lebih dalam, tim menemukan bahwa organoid otak modern dan Neanderthal juga berbeda dalam cara sel mereka berkembang biak dan bagaimana sinapsis mereka - hubungan antara neuron - terbentuk.

Bahkan protein yang terlibat dalam sinapsis berbeda. Dan impuls listrik menunjukkan aktivitas yang lebih tinggi pada tahap-tahap awal, tetapi tidak tersinkronisasi dalam jaringan di organoid otak yang disesuaikan dengan Neanderthal.

Menurut Muotri, perubahan jaringan saraf pada organoid otak Neanderthal paralel dengan cara primata non-manusia yang baru lahir memperoleh kemampuan baru lebih cepat daripada bayi baru lahir manusia.

”Studi ini hanya berfokus pada satu gen yang berbeda antara manusia modern dan kerabat kita yang punah,” kata Muotri.

"Selanjutnya kami ingin melihat 60 gen lainnya, dan apa yang terjadi jika masing-masing, atau kombinasi dari dua atau lebih, diubah." (Daily Mail/M-2)