Gen người cấy vào chuột, não lập tức lớn hơn: Manh mối mới về nguồn gốc trí tuệ nhân loại?

Một nhóm nhà khoa học tại Đại học Duke (Mỹ) đã thực hiện một thí nghiệm mang tính bước ngoặt trong lĩnh vực di truyền và thần kinh học khi cấy một đoạn DNA của con người vào chuột, khiến bộ não của chúng phát triển lớn hơn đến 6,5%.

Thí nghiệm này không chỉ tạo ra những con chuột có não phức tạp hơn mà còn mở ra cánh cửa mới để hiểu về sự tiến hóa kỳ diệu của bộ não loài người, một hành trình hàng triệu năm từ tổ tiên chung với tinh tinh cho đến khi đạt được khả năng tư duy bậc cao như hiện nay.

Thành tựu này xoay quanh một đoạn DNA ngắn có tên là HARE5, thuộc nhóm các trình tự gen đặc biệt gọi là Human Accelerated Regions (HAR) – những vùng tiến hóa đột biến nhanh chỉ tồn tại ở người.

Trong số hơn 3.000 HAR được phát hiện trong bộ gen người, HARE5 nổi bật vì nằm gần gen Frizzled8 (Fzd8) – một gen có vai trò then chốt trong việc phát triển não bộ ở giai đoạn sớm.

Dưới sự dẫn dắt của nhà thần kinh học phát triển Debra Silver, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng chỉ với một thay đổi nhỏ – thay phiên bản HARE5 của chuột bằng phiên bản của người – họ đã khiến não chuột to hơn, chứa nhiều tế bào thần kinh hơn và có mạng lưới thần kinh phức tạp hơn.

Thay đổi này được mô tả là khiêm tốn về mặt vật lý (bộ não chỉ lớn hơn chưa đầy 7%) nhưng đáng kể về mặt sinh học. Các con chuột được cấy DNA người phát triển nhiều tế bào gốc thần kinh hơn, đặc biệt là loại gọi là tế bào thần kinh đệm hướng tâm, vốn là “nguồn nguyên liệu” để tạo ra tế bào thần kinh.

Điều này dẫn đến sự tăng sinh tế bào thần kinh kích thích, hình thành nên những cấu trúc não có chức năng độc lập rõ rệt hơn — một dấu hiệu của sự phức tạp về mặt chức năng thần kinh.

Để xác nhận phát hiện này không chỉ là một hiện tượng riêng biệt trên chuột, nhóm nghiên cứu đã mở rộng thử nghiệm sang các mô hình organoid, não thu nhỏ 3D được tạo ra từ tế bào gốc của người và tinh tinh.

Khi áp dụng đoạn HARE5 của người vào các tế bào của tinh tinh, kết quả cũng tương tự: sự gia tăng tế bào thần kinh đệm hướng tâm và tốc độ phát triển cao hơn.

Điều này cho thấy ảnh hưởng của HARE5 không chỉ giới hạn trong loài chuột mà còn có khả năng mang tính phổ quát trong việc định hình cấu trúc não ở linh trưởng.

Khi mổ xẻ đoạn HARE5, các nhà khoa học đã xác định được 4 đột biến đặc trưng chỉ có ở người. Mỗi đột biến này giống như một núm điều chỉnh hoạt động của HARE5, góp phần tăng cường tín hiệu trong con đường truyền thông WNT, vốn rất quan trọng cho sự phát triển tế bào thần kinh.

Nhờ đó, đoạn DNA này không chỉ giúp nhân lên các tế bào thần kinh mà còn tạo ra kết nối mạng lưới phức tạp giữa các vùng não, điều từng được cho là đặc trưng của con người.

Tuy nhiên, câu hỏi về việc liệu bộ não lớn hơn có dẫn đến trí thông minh cao hơn ở chuột vẫn chưa có câu trả lời rõ ràng. Những thử nghiệm hành vi nhằm kiểm tra sự thay đổi nhận thức của các con chuột “nhân hóa” này hiện đang được tiến hành.

Dù vậy, nghiên cứu đã mở ra cái nhìn mới về chiến lược tiến hóa của não bộ loài người. Không phải bằng cách tạo ra những đột phá mạnh mẽ trong các gen riêng lẻ, mà là thông qua những điều chỉnh tinh vi trong cách các gen được điều khiển.

Thay vì mã hóa trực tiếp cho protein, các đoạn như HARE5 hoạt động như các “công tắc tăng cường”, định hình thời điểm, địa điểm và mức độ biểu hiện của các gen liên quan đến phát triển thần kinh.

Theo nhà nghiên cứu Gabriel Santpere Baró từ Tây Ban Nha, đây là bằng chứng thuyết phục đầu tiên cho thấy các vùng DNA không mã hóa – từng bị bỏ qua – có thể đóng vai trò quyết định trong sự tiến hóa não bộ của loài người.

Ông gọi đây là “kho báu di truyền” cần tiếp tục được khai thác để vẽ nên bức tranh toàn cảnh về lý do tại sao chỉ con người mới có khả năng phát triển ngôn ngữ, tư duy trừu tượng, và xã hội phức tạp.

Hiện tại, phòng thí nghiệm của Debra Silver đang tiếp tục nghiên cứu cách mà các HAR phối hợp với nhau, tạo nên mạng lưới các trình tự điều hòa hoạt động như một bản điều khiển chi tiết giúp định hình cấu trúc và chức năng não người.

Mỗi HAR có thể chỉ đóng góp một phần nhỏ, nhưng khi kết hợp, chúng có thể chính là chìa khóa mở ra nguồn gốc trí tuệ con người.

Khác với hình ảnh một cuộc cách mạng tiến hóa khốc liệt, những phát hiện này cho thấy sự biến đổi tinh vi trong hệ thống kiểm soát gen chính là yếu tố cốt lõi đã giúp bộ não con người vượt lên tất cả các loài khác trên hành tinh.

Và chỉ từ một đoạn DNA nhỏ — HARE5 — chúng ta đã tiến một bước gần hơn tới việc giải mã điều làm nên bản chất đặc biệt của loài người.