Технологии редактирования генома черноногих хорьков уже существуют. Это те же технологии, при помощи которых ученые редактировали геномы культурных растений и домашних животных, стремясь обеспечить им устойчивость к болезням и гербицидам или, скажем, комолость. Задача в том, чтобы выяснить, какой участок генома редактировать. Это непросто, но общая идея понятна. Нужно секвенировать геномы домашних хорьков, мышей и черноногих хорьков, сравнить их и найти отличия. Особенно нас будут интересовать гены, задействованные в иммунной системе, поскольку именно они, скорее всего, отвечают за устойчивость к болезням. Одновременно ученые должны на основании лабораторных систем клеточных культур (а не на живых животных) изучить процесс взаимодействия туляремии с клетками иммунной системы при заражении. Генетические анализы и лабораторные исследования помогут сузить круг генов-кандидатов – генов, которые могут обеспечивать иммунитет к болезни. Затем ученые пройдутся по этому списку при помощи инструментов синтетической биологии, меняя по одному гену-кандидату в геноме за раз и проверяя последствия каждой модификации, пока какая-то из них не сработает. В результате этого процесса будет создан генно-инженерный черноногий хорек, идентичный современным черноногим хорькам, разведенным в неволе, во всем, кроме одного: он не будет болеть туляремией.
Эта работа уже началась. В 2018 году некоммерческая организация Revive & Restore, цель которой – способствовать биотехнологическим решениям природоохранных задач, получила разрешение Управления по охоте и рыболовству США на то, чтобы рассмотреть, какие методы синтетической биологии помогут спасти черноногих хорьков от вымирания. В сотрудничестве с Зоопарком Сан-Диего, ViaGen и несколькими партнерами из мира науки компания оценила, годятся ли для клонирования клетки из Замороженного зоопарка, и начала эксперименты, чтобы определить, какие изменения в геноме обеспечат наследуемую устойчивость к туляремии. В декабре 2020-го родился детеныш черноногого хорька – клон самки Уиллы, чьи клетки были заморожены в 1983 году. Клонированную самочку назвали Элизабет Энн – вместе с ней количество основателей популяции в неволе достигло восьми; ей предстоит сделать долгожданный и очень важный вклад в генетическое разнообразие популяции.
Хотя это всего лишь первый шаг в процессе научных исследований, экспериментов и одобрения (а процесс этот обещает быть долгим), можно считать его большой победой для черноногих хорьков и их генетического спасения. Кроме того, это первый шаг к созданию устойчивой популяции черноногих хорьков, иммунных к туляремии, которые когда-нибудь будут рыскать по Северо-Американскому континенту в поисках луговых собачек.
Итак, предвиденные последствия генного модифицирования черноногих хорьков очевидны: спасти их от вымирания, обеспечив иммунитет к болезни, которая их убивает. Но как насчет предвиденных последствий? Скажем, вдруг процесс редактирования или сами модификации вызовут какие-то сложности с экспрессией генов или развитием животного? Что ж, если при редактировании генома произойдут ошибки, которые сломают тот или иной ген или еще как-то навредят черноногим хорькам, эти особи будут отбракованы из популяции естественным отбором. А поскольку туляремия уже отбраковывает черноногих хорьков из мира живых, хуже, чем сейчас, точно не будет.
Но вдруг модифицированные гены просочатся в окружающую среду? Этим вопросом обязательно нужно задаваться при разработке любого проекта, предполагающего, что ГМО придется выпустить в естественную среду, поскольку риск, что гены проникнут в среду, зависит от репродуктивной стратегии организма. Некоторые линии сосуществуют с близкородственными линями и могут с ними, например, скрещиваться, а это откроет для модифицированной ДНК двери в другую линию – не в ту, для которой ее разрабатывали.
Самый близкий родственник черноногого хорька – степной хорек. Степные хорьки могли бы скрещиваться с черноногими, но не скрещиваются, потому что ареалы их обитания разделены Беринговым проливом. Домашние хорьки – тоже близкие родственники черноногих, и если они никогда не скрещивались между собой (а нам такие случаи неизвестны), из этого не следует, что подобное не случится в будущем. Если домашний хорек оставит уютный дом и благополучно доберется до какого-нибудь городка луговых собачек, у него, вероятно, будет возможность спариться с черноногим хорьком. Но и в такой маловероятной ситуации вряд ли произойдет утечка генов: у домашних хорьков, скорее всего, есть совокупность генов, отвечающих за смирный нрав, так что и сами они, и их гибриды едва ли достигнут успехов в жизни в дикой природе. В сущности, именно поэтому редактирование генома предпочтительнее обычного скрещивания: при редактировании генома передаются только аллели устойчивости к болезни, а при скрещивании – вообще все, включая врожденную любовь к тому, чтобы тебе чесали пузико и гладили лобик.
А вдруг решение одной проблемы вызовет другую? Вдруг, например, черноногие хорьки, спасенные от неминуемой смерти, до того размножатся, что съедят всех луговых собачек и нарушат равновесие в экосистеме? Сомневаюсь, что это вызовет какие-то сложности, – ведь черноногие хорьки уже существуют в данной экосистеме и занимают там примечательно узкую экологическую нишу. Поскольку эти животные охотятся почти исключительно на луговых собачек, природный рост их популяции ограничивается размерами популяции луговых собачек. А ее держат в рамках ястребы, орлы, совы, барсуки, койоты, рыжие рыси и гремучие змеи, и всем им безразлично кого есть – черноногого хорька или луговую собачку.
По моим представлениям, в том, чтобы выпустить генно-модифицированного устойчивого к туляремии черноногого хорька в ареал его обитания, нет ничего опасного – раз уж есть на свете такое животное. Так что же нам мешает? Оказывается, на сегодня главное препятствие на пути прогресса – недостаток основных представлений о генетике этого вида. Для исчезающих видов геномные ресурсы доступны в значительно меньшей степени, чем для домашних животных. Это касается и «образцовых» геномных последовательностей, от которых можно отталкиваться при поисках признаков близкородственного скрещивания, и карт, связывающих определенные гены или наборы генов с фенотипами. Поэтому нам трудно выявить у исчезающего вида предполагаемые аллели устойчивости к туляремии и вообще любые участки ДНК, кодирующие те или иные черты.
По моим прогнозам, с увеличением доступности геномных ресурсов для исчезающих видов будет расти и важность синтетической биологии в охране природы. Насущных задач у нас предостаточно, в этом сомнений нет. Может ли синтетическая биология передать устойчивость к синдрому белого носа от европейских летучих мышей американским? Или помочь коралловым рифам на всей планете адаптироваться к потеплению океанов? Или вылечить неведомый недуг, убивающий деревья охиа на Гавайях? Пока еще ответ «нет». Однако технологии, благодаря которым решить эти задачи в принципе возможно, существуют, а молекулярные биологи и специалисты по охране природы в сотрудничестве с единомышленниками из числа неравнодушных граждан буквально сеют семена грядущей – и, на мой взгляд, крайне своевременной – революции в сфере охраны природы.
Несмотря на то, что синтетическая биология в природоохранной сфере внедряется медленнее, чем в сельском хозяйстве, у специалистов по охране природы уже есть в запасе одна примечательная история успеха. Причем в этой истории рассказывается не только о том, как трансгенный организм вернули в отдельные области его исконного ареала обитания, – это еще и история о воскрешении вымершего вида. Ну, не то чтобы совсем вымершего: данный вид вымер лишь функционально и почти сто лет, несколько уподобляясь зомби, цеплялся за жизнь только подземными корнями и редкими побегами – обычно чахлыми и недолговечными. И, как оказалось, такие живые зомби-деревья – идеальный материал для начала технологической революции.
На рубеже XX века леса Аппалачей на востоке США состояли в основном из высоких, раскидистых, быстрорастущих и плодоносных деревьев зубчатого каштана – Castanea dentata. Зубчатые каштаны были неотъемлемой частью пейзажа сотни тысяч лет, и их массивные стволы и кроны и богатые урожаи обеспечивали одним кров, другим пищу – и белкам, и сойкам, и индейкам, и белохвостым оленям, и черным медведям, и странствующим голубям, и десяткам других видов, в том числе и людям. А потом деревья вдруг начали гибнуть. На коре проступали мелкие оранжевые подпалины, они сливались в язвы, либо выпуклые и растрескавшиеся, либо вдавленные, словно древесина гнила изнутри. Язвы разрастались, опоясывали ствол, словно тугой пояс, и перекрывали приток воды и питательных веществ. Листья над язвами жухли и бурели, а ветви и сучья высыхали и обламывались. Дерево погибало через считанные месяцы после появления первого пятнышка.
Вскоре после начала этой эпидемии Уильям Меррилл, куратор Нью-Йоркского ботанического сада, выявил причину болезни – грибок Cryphonectria parasitica. Первые симптомы болезни в саду, где работал Меррилл, появились около 1904 года, однако сегодня ученые считают, что на самом деле грибок проник в США на много лет раньше, – приехал безбилетником вместе с популярными декоративными японскими каштанами, которые к нему невосприимчивы. Закрепившись в Нью-Йорке, болезнь стремительно распространилась. С каждым дождем из зараженных деревьев прорастали тоненькие желтые щупальца и выпускали миллионы спор, способных инфицировать соседние деревья. Не прошло и пятидесяти лет после гибели первого дерева, как грибком оказались поражены все четыре миллиарда американских каштанов во всем ареале их произрастания.
Хотя великолепные рощи американских каштанов исчезли из лесов на востоке США к середине XX века, сейчас, по прошествии 70 лет, отдельные деревья еще не окончательно мертвы. Под землей, куда грибок не проникает, сохранились корневые системы, из которых время от времени вырастают тоненькие деревца, – но эти деревца живут совсем недолго и обычно сразу, не успев даже зацвести, становятся жертвой болезни. Небольшие скопления американских каштанов есть и в некоторых уединенных местах на Среднем Западе и северо-западе США, где их посадили в XIX и начале XX века переселенцы.