Одно их главных технических препятствий на пути успешного возрождения вымерших видов заключается в том, что мы пока не до конца понимаем геном и то, как он взаимодействует с окружающей средой. Как это препятствие преодолеть, пока непонятно. Удастся ли нам секвенировать геном мамонта до конца и выяснить, где в нем расположен каждый ген и за что он отвечает? Это позволило бы нам обойтись минимальными изменениями и в результате все равно получить мамонта. Или же технология редактирования генома дойдет до уровня, на котором мы сможем внести все необходимые изменения и получить геном, на 100 % соответствующий мамонтовому? Придумаем ли мы способ узнать, каким было эпигенетическое состояние древних тканей, в качестве первого шага к определению генов, которые должны быть включены или выключены у возрожденных особей?
Возможно, у нас вскоре появятся ответы на эти вопросы. Эксперименты по «нокину» и «нокауту» генов, в ходе которых ученые либо включают, либо выключают специфические гены у дрожжей, мышей и мух-дрозофил, позволяют нам выяснить, где находятся гены, что они делают и как взаимодействуют друг с другом. Для определения специфических генетических изменений, связанных с определенными фенотипами, к примеру адаптированными к жизни на большой высоте или подверженными развитию рака и других заболеваний, организовываются масштабные проекты по секвенированию генома человека на уровне популяции. Эти эксперименты нацелены на поиск способов определить наиболее «важные» изменения, которые следует внести. В то же время быстро развивается технология, лежащая в основе систем CRISPR-Cas9. Уже сейчас с помощью этих систем редактируются геномы более чем двадцати различных видов, при этом вырезаются и вставляются фрагменты генома длиной порядка десятков тысяч нуклеотидов. Вполне вероятно, что в конечном итоге мы найдем способ редактировать геном целиком.
Расшифровка древних эпигеномов тоже может оказаться осуществимой, отчасти благодаря тому, как именно происходит распад ДНК с течением времени. Оказывается, что метилирование ДНК – один из способов, которыми эпигеном «размечает» геном, – взаимодействует с процессом распада ДНК интересным и полезным для нас образом. При метилировании эпигеном изменяет геном, добавляя к цитозину (одному из четырех азотистых оснований, образующих ДНК) метильную группу (CH3). При распаде ДНК также задействуются цитозиновые основания, однако иным образом. При распаде ДНК цитозиновые основания зачастую дезаминируются – теряют часть своей химической структуры (аминогруппу) и превращаются в урацил, азотистое основание, при других условиях не встречающееся в ДНК. Но когда метилированные цитозиновые основания теряют аминогруппу, сочетанное действие двух этих химических процессов превращает цитозин не в урацил, а в тимин – еще один из четырех нуклеотидов, формирующих ДНК. Мы можем реконструировать древний эпигеном, отделив дезаминированные цитозиновые основания, которые превратились в тиминовые основания (появившиеся в результате процессов распада в ДНК, но после того, как на них воздействовал эпигеном), от тех, которые превратились в урациловые основания (также образовавшиеся в результате распада ДНК, однако не испытывавшие воздействия эпигенома).
Исследовательская группа Людовика Орландо из Копенгагенского университета в Дании впервые использовала такой подход для реконструкции эпигенома палеоэскимоса из гренландской культуры Саккак возрастом в 4 тысячи лет. Вскоре после этого группа ученых из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка, расположенного в немецком городе Лейпциге, а также из Еврейского университета в Иерусалиме составила эпигенетическую карту двух древних гоминин – неандертальца и денисовского человека. Ученые обнаружили около 2 тысяч различий между реконструированными эпигеномами древних гоминин и эпигеномами современных людей. Какие-то из этих расхождений могут отвечать за ряд различий в строении скелета между нами и нашими древними кузенами.
В то время как технологии секвенирования, редактирования и изучения генома развиваются с большой скоростью, новые инструменты, как правило, приспособлены для работы с теми видами, которые мы лучше всего изучили. Мы знаем о слонах намного меньше, чем о мышах, дрозофилах или людях, и то же самое справедливо для многих кандидатов на возрождение. Эти инструменты можно приспособить для исследования других видов, но пока на пути полной реконструкции геномов вымерших видов все еще высятся препятствия. Однако Джордж Чёрч – человек очень высокий.
Глава 8. Вот теперь создаем клона
Вплоть до этого момента я достаточно ясно давала понять, что мамонтов не будут возрождать путем клонирования. Так что сейчас мои слова могут сбить вас с толку. Следующим этапом возвращения мамонта к жизни будет создание клона.
В свою защиту скажу, что клетки, которые мы будем клонировать на этом этапе, будут очень сильно отличаться от тех, которые японская и южнокорейская группы надеются найти и использовать в своих экспериментах по клонированию. К тому моменту, как мы дойдем до этой стадии восстановления вымерших видов, позади у нас, вероятно, будут годы (даже десятилетия) работы в лаборатории, где нам предстоит кропотливо проектировать и вносить изменения в геномы клеток слона. Мы не начнем свои эксперименты по клонированию с чудом сохранившихся клеток мамонта. Тем не менее следующим шагом восстановления вымершего вида будет «клонирование» клеток и, следовательно, превращение их в полноценного слона (с некоторым количеством генов мамонта).
Разумеется, в рамках отдельных проектов возрождения вымерших видов ученые смогут пропустить этап редактирования генома и перейти непосредственно к клонированию. Такие проекты смогут продвигаться намного быстрее, чем те, в которых без геномной инженерии не обойтись. Разумеется, это просто означает, что они первыми столкнутся со следующим препятствием. Рассмотрим его на примере букардо.
Первый случай возрождения вымершего вида? Не совсем так
Летом 2003 года на свет появилась самка букардо, подвида пиренейского козерога (один из видов горного козла). Ареалом обитания букардо были Пиренеи, горная цепь, образующая границу Испании и Франции. Однако на момент рождения этой козочки ее вид уже 3,5 года как прекратил свое существование.
Новорожденная букардо была клоном последней жившей на земле представительницы вида, пожилой самки Селии. К сожалению, детеныш задохнулся спустя несколько минут после рождения. На вскрытии выяснилось, что маленькая букардо родилась с аномалией развития легкого и шансов выжить у нее не было. Тем не менее появление на свет этого детеныша часто преподносится как первый успешный пример восстановления вымершего вида. Но, на мой взгляд, раз у нее не было шансов выжить, это нельзя называть возрождением.
Проект букардо выглядел весьма многообещающим. Образцы клеток были взяты у Селии за 10 месяцев до ее смерти и немедленно заморожены, ДНК в этих клетках сохранилась в очень хорошем состоянии. Несколько генетически близких подвидов пиренейского козерога все еще живут и здравствуют, поэтому найти подходящих доноров яйцеклеток и суррогатных матерей не составит проблем. К тому же букардо вымерли не так давно, и их вымирание, вероятно, было связано с чрезмерным охотничьим промыслом, а не с исчезновением их среды обитания. До тех пор пока мы в состоянии контролировать свои охотничьи инстинкты, возрожденных козерогов букардо можно будет вернуть в дикую природу, и для этого не потребуются ни обширные исследования воздействия среды, ни политические маневры.
Когда группа ученых из Испании и Франции начала работу над проектом букардо в 1989 году, этот вид еще не исчез полностью. Успешных опытов по межвидовому клонированию крупных млекопитающих на тот момент также еще не проводилось, и трудности, с которыми столкнулись ученые, были огромны.
В 2001 году компания Advanced Cell Technologies осуществила независимую попытку межвидового клонирования, успешно клонировав гаура (вымирающий подвид крупного рогатого скота, обитающий в Южной и Юго-Восточной Азии), в качестве суррогатной матери была использована домашняя корова. Клонированный гаур прожил всего 48 часов, после чего умер от дизентерии, однако его рождение подтвердило возможность межвидового клонирования. Спустя два года та же компания успешно клонировала представителя еще одного вида быков, находящегося под угрозой исчезновения, – бантенга. В качестве суррогатной матери вновь выступила домашняя корова. Клонированный бантенг прожил в зоопарке Сан-Диего 7 лет – менее половины срока жизни этих животных в дикой природе – и умер, по всей видимости, от естественных причин.
Проект по возрождению букардо был сходен с проектами по клонированию гаура и бантенга в том отношении, что не требовалось прибегать к секвенированию и редактированию генома, а также в том, что имелись подходящие суррогатные матери. Однако проект возрождения букардо имел две важные особенности. Во-первых, в случае крупного рогатого скота использовались устоявшиеся репродуктивные технологии, которые еще не были разработаны для пиренейского козерога. Во-вторых, к тому моменту, как ученые разработали эту технологию, козероги букардо уже исчезли с лица земли.
К сожалению, эксперимент по клонированию букардо не увенчался успехом, и причина этого не до конца ясна. Возможно, проект провалился из-за того, что ученые просто не запасли достаточное количество эмбрионов. В конце концов, клонирование путем переноса ядра славится своей неэффективностью. Ученые перенесли копии генетического материала соматических клеток Селии в 782 яйцеклетки, но эмбрионы развились только из 407 яйцеклеток. Из них 208 эмбрионов были имплантированы потенциальным суррогатным матерям, но беременность развилась только в 7 случаях. Лишь одна из этих беременностей закончилась рождением козленка в срок, и новорожденная прожила менее 10 минут. Если посчитать эту новорожденную самку букардо успешно созданным клоном, что я делаю здесь исключительно для наглядности, вер