Colossal — компания, которая занимается разработкой технологий возрождения вымерших видов живых существ. Команда учёных из Colossal использует генную инженерию, молекулярную и клеточную биологию. Специалисты собираются заняться возрождением тасманийского волка, последний представитель которого умер в зоопарке в 1936 году, и птицы додо — символа человеческой жестокости и равнодушия. А ещё, возможно, мамонтов.
Что может помешать?
Базовая стратегия Colossal достаточно проста на первый взгляд. В лабораториях уже собраны геномы нескольких вымерших видов животных, а также геномы существующих животных — их близких родственников. Путём сравнения двух геномов учёные идентифицируют ключевые изменения в ДНК. Этот материал переносится в стволовые клетки, взятые у существующих сейчас видов. После чего «суррогатные мамы» смогут вынашивать новые эмбрионы. Одновременно учёным нужно будет использовать стволовые клетки нескольких особей, чтобы обеспечить генетическое разнообразие для стабильности новой популяции.
Большинство этих технологий частично уже было опробовано. Например, зоогенетики умеют получать образования стволовых клеток, которые потом будут использованы для создания тканей и органов вымерших видов. Также проводились эксперименты генетического редактирования в небольших масштабах и даже создавались клонированные мыши из индуцированных стволовых клеток.
Но это совсем не означает, что существует чёткая инструкция по процессу деэкстинкции. С практической точки зрения будет сложно выявить все ключевые различия ДНК между вымершим видом животного и ныне живущим ближайшим к нему видом. А использование лишь части генетически отличающегося материала может привести к получению нежизнеспособных организмов. Управление процессом размножения у птиц требует глубокого понимания процесса формирования твёрдой скорлупы яйца. А у коал и других сумчатых животных рождение детей происходит относительно рано, но затем следует длительный период беременности в сумке. Такой процесс развития детёнышей отличается от более типичной беременности у других видов млекопитающих, где развитие младенцев происходит внутри матки до рождения. Поэтому не всё, что подходит мышам, будет работать на представителях других видов животных.
В случае с возрождением мамонтов перед учёными возникают препятствия иного рода. Для вынашивания эмбриона своего предка самке слона понадобится почти два года беременности. И даже в случае удачи до момента половой зрелости животного пройдёт около 15 лет. Только через 17 лет станет ясно, смогут ли мамонты размножаться в неволе. Любая неудача будет означать потерю огромного количества времени и ресурсов. Но оно того стоит, ведь ранее никто не пытался воссоздать мамонта.
Также стоит учитывать, в каких условиях пребывал биологический материал вымерших гигантов на протяжении 4 тысяч лет. Это также усложняет работу специалистов по деэкстинкции. Ещё слоны представляют собой очень общительных животных с высоким уровнем интеллекта. Давайте представим, что эксперимент оказался удачным и учёным удалось возродить малышей мамонтов. Способны ли слоны-родители обеспечить правильную среду для взросления волосатого слона, если учитывать, что люди ничего не знают об их реальных социальных потребностях для успешного выживания?
С учётом всей этой информации становится понятно, что изначально проект деэкстинкции мамонтов имеет высокую вероятность неудачи и, скорее всего, потребуются усилия нескольких поколений учёных. Даже если человечеству удастся возродить какой-то вид животных, они могут значительно отличаться от «оригинала».
До успеха — xⁿ попыток
Но Colossal не пугают предстоящие трудности, и шаг за шагом она идёт к своей цели. Учёные уже создали первые индуцированные стволовые клетки на основе материала слонов. Они планируют публиковать все свои действия в общедоступном репозитории для научного сообщества. База данных не только предоставляет доступ к техническим деталям процесса, но и подробно описывает долгий и трудный путь, который приходится проходить специалистам Colossal.
На сегодня учёными разработано несколько методов индуцирования стволовых клеток из клеток живого организма. Японский исследователь Шинья Яманака был удостоен Нобелевской премии по физиологии или медицине в 2012 году за открытие метода индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC). Этот метод позволяет преобразовывать обычные взрослые клетки человека в стволовые клетки, обладающие способностью превращаться в различные типы клеток. Но iPSC имеет несколько недостатков, так как 4 ключевых эмбриональных регуляторных гена могут остаться и потенциально мешать развитию организма.
Несмотря на это, существует способ обойти эту проблему. Учёные разработали смесь химических веществ, которая активирует сигнальные пути и перепрограммирует взрослые клетки. Когда это происходит, остаётся просто удалить «коктейль», а клетки могут принимать новые функции и характеристики в зависимости от разных факторов.
К сожалению, оба эти метода не сработали с клетками слонов. Их сначала подвергали действию химического «коктейля» для трансдифференциации, после чего вводились четыре гена, используемые в альтернативном методе репрограммирования. Однако даже этого оказалось недостаточно. «Был предпринят ряд попыток с использованием стандартных методов, но все они завершились неудачей», — комментирует ситуацию представитель компании. Исследователям также пришлось учитывать особенности биологии слонов.
Сложности как вызов
Слоны, как и киты, — животные, которые вызывают у учёных вопросы. Например, они не так часто болеют раком, несмотря на свои существенные размеры. Это противоречит общему представлению о том, что чем больше клеток в организме, тем выше риск рака из-за возможности случайных мутаций. Одной из причин, почему у слонов наблюдается низкая частота онкологии, может быть наличие дополнительных копий гена p53. Он играет важную роль в подавлении роста раковых клеток. Учёные предполагают, что он может «убивать» клетки, которые начали неконтролируемо делиться. У слонов обнаружено наличие 29 дополнительных копий этого гена, что, вероятно, способствует более эффективной защите от развития рака. Для слонов
это хорошо, это отлично. Но для исследователей — не особо.
Учёные Colossal подозревают, что ген p53 делает то же самое со стволовыми клетками, блокируя их изменения. Исследовательской группе пришлось использовать РНК, чтобы прекратить производство гена p53 и ввести ген, который кодирует белок, способный ингибировать функцию p53. Эти методы помогают снизить активность p53 и обеспечить успешное репрограммирование взрослых клеток в стволовые клетки. В конечном счёте после длинной череды неудач были получены необходимые стволовые клетки слона.
Здесь свои нюансы. Стандартный процесс репрограммации занимает менее 10 дней. Для людей — около трёх недель. Однако та же самая операция для клеток взрослого азиатского слона заняла более 2 месяцев времени. Тем не менее процесс деления осуществлялся раз в два дня, что является важным показателем их жизнеспособности.
Несмотря на то, что основная цель компании Colossal — восстановление вымерших видов, в своей работе учёные пишут о том, что использование этой технологии возможно и для сохранения видов животных, которые сейчас находятся на грани вымирания. Такой подход может быть полезен в случаях, когда особи вымирающих видов уже за пределами репродуктивного возраста.
Исследователи подчёркивают в своей работе, что изучение процессов развития и метаболизма слонов на реальных животных представляет собой сложную задачу. В это же время стволовые клетки могут обеспечить широкие возможности для изучения различных типов других, таких как нервные, печёночные, сердечные и т. д., без необходимости привлечения животных. Результаты текущей работы могут стать ценным инструментом для научных исследований в различных областях биологии и медицины.