Генетика на завтрак. Научные лайфхаки для повседневной жизни - Мартин Модер

По сравнению с самым крупным мамонтом, вымершим 740 000 лет назад, карликовый мамонт, обитавший на острове Крит и по своей высоте едва ли доходивший человеку до пупка, показался бы гораздо более милым. Когда говорят о мамонтах, обычно имеют в виду классических шерстистых мамонтов. Они были немного выше сегодняшних слонов, а их вес доходил до 8 тонн. Их гигантские бивни поднимались вверх и могли весить до 100 килограммов. Своим названием эти животные обязаны меху, достигавшему 90 сантиметров в длину, который защищал их от сибирского холода. Пик распространения шерстистых мамонтов пришелся на время минувшего ледникового периода, причем последние представители их вида умудрились дожить до среднеевропейского бронзового века.

Палеонтологи так и не пришли к единому мнению по поводу того, что же на самом деле послужило причиной для исчезновения волосатых хоботных: стремительное изменение климата или скорее тот факт, что из их меха наши предки с удовольствием шили себе одежду.

Рисовать убитых мамонтов на стенах пещеры было популярно задолго до того, как люди научились загружать в Instagram фотографии еды, приготовленной в микроволновке. Сегодня, спустя тысячелетия после исчезновения этих прекрасных животных, возрождение доисторических гигантов древности уже не относится к области научной фантастики. Смущенное «простите, мы вас истребили, но такое никогда больше не повторится» со стороны человечества.

Если вы собираетесь возродить шерстистого мамонта, то для этого прежде всего потребуется его генетическая информация. На сегодняшний день уже выкопано и исследовано достаточно замороженных экземпляров, чтобы узнать практически полный геном мамонта. Но это не вернет животных, ведь мы пока не умеем строить целый геном из ничего, даже если нам известна последовательность его букв. Но, возможно, вам и не придется заново изобретать мамонта. Представьте, что хотите спортивный автомобиль, но на вашем счете не хватает денег на покупку. Но раз уж вы не готовы отказаться от своей мечты, то во время ежегодного технического осмотра автомобиля попросите механика, чтобы он заменил детали от вашего ржавого Volkswagen на запчасти от Ferrari. Если он будет регулярно делать это на протяжении многих лет, вы в один прекрасный день застрянете в пробке, находясь в новеньком, отполированном Ferrari. Для автомобиля это, скорее всего, останется всего лишь мысленным экспериментом. А вот в случае с мамонтами может действительно сработать.

Разница между человеком и шимпанзе с точки зрения генетики больше, чем между слоном и мамонтом.

Африканские слоны генетически примерно в два раза ближе к своим холодостойким кузенам, чем вы к шимпанзе.

Если сравнить генетический материал мамонта и африканского слона, то они все равно будут отличаться несколькими миллионами букв, в результате чего изменяется последовательность ДНК тысяч генов, образующих белок. Но на сегодняшний день мы умеем целенаправленно модифицировать гены. Итак, можно ли превратить современного слона в его доисторического волосатого кузена?

Профессор из Гарварда Джордж Макдональд Черч уже приблизил нас к этой цели. Не только потому, что роскошная борода молекулярного биолога заставляет непроизвольно вспоминать о шерстистом мамонте, но прежде всего потому, что он уже смог пробудить к жизни несколько мамонтовых генов с помощью технологии CRISPR, в разработке которой принимал непосредственное участие. В 2015 году Черч объявил, что он со своей командой сумел привнести в клетки азиатского слона немного мамонтовой ДНК [81]. При этом они сосредоточились в первую очередь на 14 генах, связанных с устойчивостью животных к холоду, например таких признаках, как уши меньшей величины, более густой волосяной покров, увеличенное количество подкожного жира или клетки крови, которые эффективно переносят кислород даже при низких температурах. Исследователи сравнили вариант этих генов у слонов с теми же генами их вымерших кузенов и использовали CRISPR, чтобы перезаписать 14 генов слона с соответствующей мамонтовой версией. В общем, удалось получить кучу слоновьих клеток, имеющих небольшую долю одного процента мамонтовой ДНК. Шаг в правильном направлении, но по Сибири эти клетки гулять пока не готовы.

Чтобы клонировать организм, нужно ввести его живую клетку в яйцеклетку, очищенную от ДНК.

Вовсе не лень причина того, что Черч довольствовался модификацией всего лишь 14 генов. В настоящее время изменение генома ограничивается возможностью одновременного изменения всего нескольких генов. Хотя это число постепенно увеличивается, в настоящее время мы далеки от переписывания генома слона, который, кстати, больше человеческого, в геном мамонта. Поэтому Черч занялся в первую очередь теми генами мамонта, которые, скорее всего, заставят слона выглядеть как мамонт, выработают соответствующее поведение и повысят выносливость животных к холоду. Но это лишь первый шаг на пути превращения в покрытое шерстью хоботное животное.

Клонирование предполагает наличие живой клетки организма животного, чтобы можно было ввести ее ядро в яйцеклетку, освобожденную от ДНК.

В результате введения ядра живой клетки донора в яйцеклетку, освобожденную от ДНК, развивается генетически точная копия донора клетки. Этот метод с 1990-х годов позволяет нам создавать клоны десятков видов. Но с мамонтами генетики будут вынуждены пойти на хитрость, потому что от этих животных, к сожалению, не осталось живых клеток. Но их возвращение можно провести пошагово. В этом случае пришлось бы действовать следующим образом.

1. С помощью CRISPR перезаписать некоторые гены в слоновьих клетках с соответствующей мамонтовой версией. Джорджу Черчу уже удалось преодолеть этот этап.

Взять у слона яйцеклетки и удалить из них генетическую информацию. Теперь в такую «пустую» яйцеклетку следует ввести ядро клетки слона с ДНК мамонта.

2. Подобно простому искусственному оплодотворению, дождаться, пока яйцеклетка, оплодотворенная клеточным ядром, не начнет делиться, а затем поместить скопление клеток в матку слонихи, которая впоследствии и произведет животное на свет.

Для будущих клонированных мамонтов уже нашли дом — плейстоценовый парк в Восточной Сибири.

В результате родится не настоящий мамонт, а слон, обладающий несколькими характерными чертами мамонта. По мнению Черча, этого может быть достаточно для разведения животных, которые выглядят и ведут себя как мамонты. После того как животные станут половозрелыми, следующему поколению можно будет ввести еще больше мамонтовых генов, так что с каждым новым поколением животные будут становиться все более похожими на своих сородичей из ледникового периода. При продолжительности жизни поколения слонов, составляющей около 20 лет, следует ожидать, что эксперимент выльется в довольно долгосрочный проект. Однако в перспективе вполне может появиться животное, достаточно похожее на мамонта, которое возьмет на себя его экологическую роль. Это не только порадует генетиков, но и благоприятно скажется на общепланетарном климате, что является одним из немногих аргументов в пользу возрождения шерстистого мамонта, не сопровождаемых словом «круто».