Kas mammuteid ja muid väljasurnud loomi on võimalik elustada

Beth Shapiro uurib mammutite, dodode ja teiste väljasurnud liikide DNA-d. Raamatus The Life We Created selgitab ta, kuidas inimesed on loomadega kogu nende eksistentsi jooksul suhelnud: neid jahtinud, kodustanud ja väljasuremise eest kaitsnud. Avaldame Corpuse loal väljavõtte peatükist "Mõeldud tagajärjed" sellest, kuidas teadlased püüavad mammuteid ellu äratada.

Enamik meist, kes tegutseb iidse DNA valdkonnas, on harjunud küsimustega, mis puudutavad väljasurnud liikide ülestõusmist – arvatavasti biotehnoloogia abil. Kas oleme seda juba teinud? Ei? Kui lähedal on teadlased selle teostamisele? Kas väljasurnud liiki on üldse võimalik ellu äratada? Kuidas taastumisprotsess on? Vastan kogu aeg sama asja – ei, veel mitte, vaevalt lähiajal.

Väljasurnud liigi täpse koopia loomine on võimatu ja tõenäoliselt ei saa see kunagi võimalikuks.

Kuid on tehnoloogiaid, mis tõenäoliselt võimaldavad meil kunagi taaselustada väljasurnud liikide komponente – nende väljasurnud tunnuseid.

Oletame, et teadlane saab elevanti muuta, lisades selle käigus tekkinud DNA tüki evolutsioon mammutitel ja elevantidel kasvavad karvad ja tekib paks nahaalune rasvakiht, mille tulemusena suudavad nad arktilised külmad üle elada. Triibulist tuvi on võimalik modifitseerida nii, et ta meenutaks sulestikuvärvilt ja sabakujult reisituvi. Kuid kas need muudetud elevandid ja triibulised tuvid on tõelised mammutid ja reisituvid? Ma ei arva nii.

Miks me ei saa väljasurnud liike tagasi tuua? Põhjuseid on tuhat väljasurnud liigid raske elustada: puhttehnilistest keerukustest kuni eetiliste küsimusteni liikide manipuleerimise ja keskkonnaprobleemid, mis on seotud vajadusega vabastada ülestõusnud liigid keskkonda, kus neid ei olnud, tõenäoliselt juba kümneid tuhat aastat. Mõned tehnilised probleemid on ületatavad (lindude iduliini redigeerimine, elevandi embrüo siirdamine vangistuses olevaks emaks), teisi tõenäoliselt kunagi ei lahendata (taastada väljasurnud villa-ninasarviku soole mikrofloorat, leida Stelleri surrogaatema lehm).

Võtame näiteks mammutid. Tean kolme uurimisrühma, kes praegu tegelevad mammutite taasloomisega. Neist kahte juhtis Hwang Woo-seok Lõuna-Korea Suami biotehnoloogia uurimisfondist ja juhtis Akira Iritani Kindai ülikool Jaapanis - püüdke kloonida mammuteid, st elustada neid protsessi kaudu, mille kuulsaim tulemus oli sündi nukk lammas.

Kuna kloonimiseks on vaja elusaid rakke, loodab Hwang leida elusaid mammutirakke, mis on ellu jäänud külmutatud korjustes, mis nüüd (tänu globaalsele soojenemisele) sulavad Siberis igaveseks igikeltsa. […] Selle meetodi puuduseks on see, et külmunud mammutikorjustes ei saa olla elusrakke, kuna rakkude lagunemise protsess algab kohe. pärast surma. Iritani töörühm tunnistab aga, et elusaid mammutirakke tõenäoliselt ei leita, ja pöördub molekulaarsete poole. bioloogiat selleks, et elustada surnud mammutirakke või vähemalt saavutada selline elukuju, et neid saaks kloon. Iritani plaan on valgud munadest välja suruda hiiredloodud kahjustatud DNA parandamiseks, purustatud DNA rekonstrueerimiseks mammutirakkudes.

2019. aastal avaldasid Iritani ja kolleegid artikli, milles kirjeldasid, kuidas nad üritasid seda teha eriti hästi säilinud mammutikorpuse nimega Yuka rakkudega. Seda artiklit tunnustati kohe populaarses ajakirjanduses kui mammuti peatse ülestõusmise kuulutajat, kuid tõendid näivad viitavat vastupidisele. Kuigi Yuka rakud olid teiste mumifitseerunud mammutitega võrreldes märkimisväärselt hästi säilinud, ei olnud hiire valgud raku DNA parandamisel kuigi edukad.

Mammutite kloonimine on võimatu, sest kõik mammutirakud on surnud.

Kolmandat rühma, kes loodab mammutid elustada, juhib George Church Harvardi ülikooli Wyssi bioloogilise tehnika instituudist. Teadlased tunnistavad, et mammutite elusrakke pole võimalik leida, kuna viimased mammutid surid enam kui kolm tuhat aastat tagasi. Kirik ei nõustu aga sellega, et see välistab võimaluse elustada mammutid. Ta rõhutab, et meie käsutuses on lõputu varu elusrakke peaaegu nagu mammutid – india elevandid – saab laboris kasvatada ja sünteetiliste tööriistadega muuta peaaegu mammutiks täielikult mammutiks bioloogia. Sel eesmärgil käivitas Church programmi CRISPR-i abil DNA sisestamiseks India elevandirakkudesse. väikesed muudatused (ükshaaval), kuni raku genoom ühtib täpselt genoomiga mammut.

keerata genoom elevant mammuti genoomi on hirmutavate mõõtmetega ülesanne. India elevantide ja villaste mammutiteni viivad liinid lahknesid üle viie miljoni aasta tagasi. Kuna mammutijäänused on hästi säilinud, on iidse DNA-ga töötavad teadlased suutnud nendest jäänustest mitu genoomi tervikuna rekonstrueerida. Kui neid võrreldi India elevantide genoomidega, selgus, et neil on umbes miljon geneetilist erinevust.

Tänapäeval on võimatu teha miljoneid modifikatsioone raku DNA-s korraga – ükski olemasolevatest genoomi redigeerimise meetoditest ei võimalda seda. Nii paljude muudatuste tegemiseks tuleks genoom korraga füüsiliselt paljudeks fragmentideks purustada, mis on potentsiaalne katastroof, millest rakk tõenäoliselt ei taastu. Lisaks nõuab iga modifikatsioon (või modifikatsioonide komplekt) oma redigeerimismehhanismi ja katsed neid kõiki korraga puuri toimetada ei lõpe selgelt millegi heaga.

Siiani teeb Kiriku rühm ühe või mitu muudatust korraga, tagades, et need on tehtud. õigesti ja võtab seejärel õige modifikatsiooniga rakud ja suunab need järgmisele ringile toimetamine. Viimati, kui küsisin Churchilt, kuidas neil läheb, ütles ta, et tema meeskond on lisanud umbes 50 inimest modifikatsioonid, asendades mõned geenid mammutivariantidega, mille uuringute kohaselt näeb mammut välja rohkem mammuti kui elevandi moodi. Tänapäeval on Churchi meeskonnal elusrakud, mis kloonimisel sisaldavad geneetilisi juhiseid, mis taastavad mõned mammuti tunnused. Need ei ole mammutirakud, vaid pigem mammutilaadsed.

Kas kiriku mammutrakke on võimalik kloonida? Kloonimistehnoloogiad, eriti koduloomade, näiteks lammaste ja lehmade puhul, on alates 2003. aastast, mil sündis lammas Dolly, oluliselt paranenud. Teiste tüüpide puhul kulub aga palju aega kõigi vajalike detailide selgeks tegemisele: kuidas ja millal järele tulla. munad, kuidas luua ideaalne kultuur embrüote varajaseks arenguks, millal neile surrogaadiga siirdada ema. Ja peamine takistus on ümberprogrammeerimise etapp, kus somaatiline rakk unustab, kuidas olla oma tüüpi rakk, ja muutub seda tüüpi rakuks, millest võib saada terve loom. Seda sammu tehakse harva õigesti – see on nii haruldane, et kloonimiskatsete õnnestumise määr ületab vaevu 20%, isegi liikide puhul, mida teadlased kogu aeg kloonivad.

Elevante pole kunagi kloonitud, osaliselt seetõttu, et kloonitud elevantidel puudub nišiturg.

Meie klooniturg kodune loomad kasvavad. Biotehnoloogiaettevõte Boyalife Genomics ehitab Tianjini veiste kloonimise tehast ja väidab, et see suudab kasvatada miljon kloonitud wagyu lehma aastas, et rahuldada kasvavat nõudlust Hiina veiseliha järele. turul.

Hwangi ettevõte Sooam Biotech on valmis teie kloonimiseks koerakeja Texases asuvas ViaGen Petsis on neil koer, kass ja isegi armastatud hobune. Kuid mingil põhjusel püüavad vähesed inimesed oma armastatud elevanti kloonida.

Tõenäoliselt on elevanti võimatu kloonida. Elevandid on tohutud loomad, kellel on vastavalt tohutu paljunemissüsteem. See raskendab kloonimise protsessi kriitilisi samme, näiteks munarakkude kogumist tuuma siirdamiseks. ja areneva embrüo viimine surrogaatema emakasse, kuna elevantide neitsinahk on vahemikus rasedustest taastub (selles on tilluke auk, kuhu isase sperma siseneb, kuid elevandi embrüo jaoks on see märkimisväärne ja tõenäoliselt ületamatu takistus). India elevandid on samuti väljasuremisohus liik, mis tähendab, et kui see tehnoloogia ikka veel teadusele üle jõu ei käi, oleks kõige parem seda elevantide kasvatamisel rakendada.

Isegi kui elevantide kloonimine muutub tehniliselt (ja eetiliselt) teostatavaks, pole päris selge, kas emaelevant suudab kanda mammutipoega.

Viis miljonit aastat on pikk evolutsiooniline aeg ja miljon erinevust DNA vahel on palju. Sisuliselt on mammutite ja india elevantide evolutsiooniline erinevus umbes sama, mis inimeste ja india elevantide vahel. šimpans. Raske on ette kujutada šimpansi ema, kes kannab inimlast (ja vastupidi).

On juhtunud, et surrogaatemad on edukalt sünnitanud erineva liigi poegi, nii et evolutsiooniline distants ei pruugi olla kohtuotsus. Kodukoertel sündisid kloonitud hundipojad, kodu kassid - terved stepikassipojad ning ühel kodulehmal sündis terve kloonitud gauripoeg.

Need katsed tõestasid seda, mida teadlased algusest peale kahtlustasid: mida kaugemale kahe liigi suhe, liikidevahelise kloonimisega seotud, seda väiksem on edu tõenäosus protsessi igas etapis kloonimine. Siiani on eduka liikidevahelise kloonimise katsega seotud kõige kaugemad sugulased ühe ja kahe küüruga kaamelid (dromedaar ja baktriaan), kelle arenguteed läksid lahku umbes neli miljonit aastat tagasi.

Vaatamata nii pikale evolutsiooniperioodile sünnitas 2017. aastal kodune dromedaarkaamel kloonitud topeltküürkaameli. See on väga paljutõotav nii baktrikaamelite jaoks (nad on ohustatud suurte imetajate nimekirjas peaaegu esimesed) kui ka kaitse seisukohalt. loodust tervikuna, sest see sündmus ise rõhutab, kui kõrgetasemelised kloonimistehnoloogiad on edasi arenenud ja kui palju liike on võimalik sellistega päästa. meetodid.

2003. aastal sündis emane ibeeria metskits kolm aastat pärast tema liigi väljasuremist. Neli aastat varem oli Alberto Fernandez-Ariase juhitud rühmitus, kes on praegu jahindus-, kalandus- ja ministeeriumi juht. Hispaania Aragoni autonoomia märgalad, kogusid Pürenee metskitse viimase isendi Celia rakud ja allutasid need vahetu külmutamineet mitte kahjustada DNA-d. Seejärel töötas Fernandez-Arias ja tema kolleegid mitu aastat välja mägikitse taaselustamise strateegiat. Nad üritasid võtta mune, et kloonida Celia rakke teistelt metsikutelt mägikitsedelt, kuid metsloomad pole inimestega harjunud ja põgenevad suurepäraselt. katse ebaõnnestunud.

Õnneks oli kodukitsede mune koguda lihtsam. Kodukitse DNA asemel viisid teadlased munadesse Celia külmutatud somaatiliste rakkude DNA, misjärel siirdati surrogaatemadele 57 transformeeritud muna. Need rakud olid kodukitse ja pürenee metskitse hübriidid. Siirdus seitse embrüot ja üks emane sündis elusalt. Paraku oli kloonitud emasel kaasasündinud kopsuanomaalia, mis oli tõenäoliselt tingitud kloonimisprotsessi keerukusest, ja ta suri mõne minuti jooksul. Pürenee metskitse elustamise katsed Celia rakkudest on ootele pandud, kuid rakke hoitakse endiselt külmutatuna.

On tõenäoline, et ühel päeval suudavad teadlased elevandi genoomi mammuti genoomiks ümber kodeerida ja selle kloonida puuri, istutades selle koos emaelevandiga, kuid protsess ise võib takistada mammuti taaselustamist arengut.

Elevandi emale sündinud kloonitud mammut (või George Churchi poolt elevandi kloonimise probleemi lahendusena eelistatud kunstlik emakas) näeb tõenäoliselt välja nagu mammut.

Peaaegu kõigil meist tuttavatest on identsed kaksikud, seega kujutame ette, kui palju DNA välimust mõjutab. Kuid meie kaksikud sõbrad ei ole omavahel asendatavad. Neil on erinevad elukogemused, erinevad stressitekitajad, erinevad dieedid ja erinevad keskkonnad... ühesõnaga, nad on täiesti erinevad inimesed. Kas leidub mammut, kes on läbinud emakasisese arengu elevandi tee, keda on kasvatanud elevandid, toitunud elevanditoidust ja kellel on elevandi mikrofloora sooled, käitu nagu mammut – või on see ikka nagu elevant?

Muidugi pole vahet, kui meie lõppeesmärk on luua elevant, millel on mõned mammutiomadused, mida me ilmselt tahamegi. Kuid kui me kavatseme luua mammuti, peame taas looma kogu mammuti elupaiga viljastumisest surmani. Ja paraku suri ka see keskkond välja.

Raamat "Elu, mille me lõime" lükkab ümber ka müüdid geenitehnoloogia kohta. Beth Shapiro räägib, kuidas see suundumus mõjutab loomakasvatustoodangut ja aitab kaitsta ohustatud liike väljasuremise eest.

Osta raamat