воскрешение мамонта

2028 год. Долгие месяцы тянутся темные зимы арктической тундры, даже в минуты наивысшей могучести солнце едва поднимается над горизонтом. Взгляд падает вниз, мысль, минуя ноги, проникает вглубь земной коры, рисуя образы ледяной почвы, простирающейся на сотни метров. На фоне вечной мерзлоты, существующей тысячи лет, человеческая жизнь видится крохотной. Принятие этой мысли успокаивает бушующую душу, как вдруг из-за снежных сугробов медленно появляются огромные, покрытые густой шерстью фигуры. Это кажется невероятным, но это действительно шерстистые стражи плейстоцена — мамонты.

Так может выглядеть ближайшее будущее, согласно заявлению Джорджа Чёрча, основателя компании по воскрешению вымерших видов Colossal Biosciences. Вместе с выходом одного из фильмов из серии «Парк Юрского периода» лаборатория Джорджа Чёрча в Гарвардском университете сообщила о первых успехах в редактировании живых клеток слонов таким образом, чтобы они содержали генетические последовательности от недавно вымерших шерстистых мамонтов [1]. Команда ученого планирует создать гибридов и ввести их в среду обитания арктической тундры к 2028 году [2].

Colossal Biosciences выбрали шерстистого мамонта для «воскрешения» не случайно. Мамонты были ключевыми видами в экосистеме ледниковых степей. Их возвращение может помочь восстановить арктические экосистемы, предотвратить таяние вечной мерзлоты и снизить выбросы парниковых газов. Цель компании заключается в изменении генома ближайшего ныне живущего родственника вымершего животного — азиатского слона — так, чтобы придать ему свойства, позволяющие жить в ареале обитания мамонтов, тем самым восстановив утерянные экологические взаимодействия [3].

Что нужно, чтобы воскресить мамонта: 1. Для начала необходимо получить хорошо сохранившиеся образцы шерстистого мамонта. Как правило, они находятся в вечной мерзлоте Сибири, Аляски и северной Канады.;

2. Далее определить последовательности ДНК шерстистого мамонта посредством секвенирования. ДНК имеет свойство разлагаться со временем, из-за чего части генома невозможно восстановить, основываясь только на одном образце. Поэтому итоговая последовательность генома мамонта основывается на генетических образцах множества особей;

3. Затем определить последовательность генома азиатского слона, так как он является ближайшим живым родственником мамонта и может служить основой для генного редактирования;

4. Сопоставить геномы обоих видов и найти различий. Определить важные гены морозоустойчивости, к которым относятся гены, влияющие на гемоглобин крови, размер ушей, подкожный жир и шерсть и многое другое;

5. После редактировать генома азиатского слона на основе метода CRISPR-Cas9. Данный молекулярный комплекс действуют как ножницы, вырезая ДНК слона, внедряя в это же место последовательность ДНК мамонта;

6. Далее ядро клетки с отредактированным генетическим материалом необходимо перенести в яйцеклетку слона, с заранее удаленным ядром;

7. Полученный на предыдущем шаге эмбрион требуется имплантировать в здоровую суррогатную самку азиатского или африканского слона. Детеныш рождается через 22 месяца вынашивания [4].

В 2015 году Черч объявил, что его лаборатория смогла внедрить 14 генов мамонта, связанных с устойчивостью к холоду, в клетки слона с помощью CRISPR, а в 2017 году он заявил, что они внесли 45 изменений в геном слона, чтобы сделать его «мамонтовым», и следующим шагом будет разработка слона с чертами, похожими на мамонта [5].

Тем не менее подобный метод позволяет лишь получить организм, обладающий отдельными признаками мамонта, но можно ли считать это полноценным воскрешением вымершего вида?

Рисунок 1. Мамонтенок Юка. Экспонировался в Москве на Фестивале Русского географического общества с 31 октября по 6 ноября 2014 г.

В отличие от генетической модификации, направленной на придание слону отдельных черт мамонта, южнокорейская компания Sooam Biotech придерживается принципиально иной стратегии. Специализируясь на клонировании домашних животных, она стремится к воссозданию вымерших видов путем пересадки ядра клетки древнего организма в яйцеклетку современного родственного организма. Это поможет воссоздать животное, генетически практически идентичное вымершему. 

Однако успешная реализация такого подхода сталкивается с серьезными барьерами, главный из которых — сохранность клеточного материала. Для клонирования нужно полностью невредимое ядро клетки, что затруднено тем, что ДНК начинает разрушаться вскоре после смерти организма. Даже в условиях вечной мерзлоты молекулы со временем распадаются на фрагменты, а клеточные структуры деградируют. Чем больше прошло времени с момента гибели животного, тем меньше шансов обнаружить пригодные для клонирования образцы.

Поэтому исследователи фокусируются на самых «молодых» останках мамонтов. Хотя большая их часть исчезла с территории Северной Америки и Азии около 8 тысяч лет назад, небольшие изолированные популяции существовали еще несколько тысячелетий. Последние мамонты обитали на острове Врангеля и острове Святого Павла в районе Берингова пролива, и, согласно палеогенетическим данным, примерно 3700 лет назад скончался последний представитель вида. Именно среди таких сравнительно недавних останков ученые надеются найти материал, пригодный для клонирования.

Цель Sooam Biotech — отыскать биологический материал мамонта в настолько хорошем состоянии, чтобы его можно было использовать для клонирования. Хотя многие сомневаются в реальности этого замысла,  российская исследовательская группа, с которой сотрудничает Sooam, предположительно обнаружила подходящие останки мамонта, наполовину погруженного в лед — мамонтенка Юку (Рис.1). Сообщается, что он замерз столь быстро, что при извлечении из его сосудов вытекала жидкая кровь. Это открытие, сделанное в 2013 году, дало надежду на возможность выделения живых клеток, однако детальный анализ останков, получивших имя Юка, не выявил клеток, способных к делению [6,7].

Хотя полное воскрешение мамонтов еще не осуществили, ученые добились значительных успехов в сфере воскрешения вымерших животных. В 2009 году группа ученых из Испании и Франции сообщила о рождении в своей лаборатории клона вымершего пиренейского козерога — букардо. Для клонирования был использован живой клеточный материал. В 1999 году, за десять месяцев до гибели последней самки букардо, ученые взяли у нее образец ткани из уха, который использовали для создания эмбрионов. Из 208 эмбрионов, перенесенных в суррогатных матерей, только один выжил и появился на свет, однако он умер спустя несколько минут из-за серьезной патологии легких [8].

В 2013 году австралийские ученые сообщили о создании эмбрионов «лягушки Лазаря». Этот эксперимент выполнили с помощью ядерного переноса из клеток вымершей лягушки, хранившихся в морозильной камере на протяжении сорока лет. Однако эмбрионы прожили всего несколько дней. Проекты по возрождению вымерших животных, такие как лягушка Лазаря и букардо, представляют собой лишь небольшую часть ряда научных инициатив в этой области. В обоих случаях относительный успех проектов базируется прежде всего в использовании замороженного генетического материала, собранный до гибели последних представителей видов [3].

Несмотря на то, что клонирование животных не всегда приводит к желаемым результатам, технологии, развивающиеся в процессе его исследования, способствуют прогрессу науки и могут найти применение в других областях.

Когда речь идет о возрождении вымерших видов, возникает вопрос, что именно мы можем считать успешным результатом. Даже создание генетически идентичной копии организма, не гарантирует того, что он будет абсолютно одинаковый вымершему животного. Важный аспект — различие между отдельной особью и целой популяцией, которая формируется, в частности, за счет взаимодействия особей друг с другом и с окружающей средой.

Более того, проявление генов зависит не только от последовательности ДНК, но и от эпигенетических факторов: так, внешние факторы могут определять, когда активируется определенный ген или как долго продолжается его активность. Не воссоздается путем генетического реконструирования, например, и микрофлора кишечника, участвующая в переваривании пищи, которую детеныши мамонта формировали, поедая экскременты своих матерей. Значит ли это, что необходимо восстановить и эти бактерии, чтобы создать полноценного мамонта?

Основная цель воскрешения вымерших видов — воссоздать взаимодействия между организмами, которые были утеряны в результате вымирания, и тем самым, восстановить экосистемы. Однако для этих целей подойдет и модификация ныне живущих особей, так, уже сегодня возможно редактирование генома слонов и придание им качеств мамонтов. В ближайшем будущем эти изменения могут позволить слонам с такими генами вернуться на просторы Сибири, Аляски и Северной Европы, что предполагается, приведет к уменьшению таяния льдов вечной мерзлоты, за счет восстановления степных трав и, вследствие, отражения солнечного света обратно в атмосферу [3]. 

Мы привыкли считать, что исчезающие виды — это катастрофа, то, от чего нужно спасти нашу планету, при этом, забывая, что наш мир не статичен. Материя непрерывно эволюционирует. Изменяются формы всех живых существ, экосистем и их способы взаимодействий с окружающей средой. Нам кажется, что флора и фауна нашего времени подлинная, неизменная, однако за всю историю Земли более 99% видов вымерли. Вымирание — это часть эволюции, процесса видообразования. По этой закономерности, наш вид смог занять доминирующую роль, поскольку исчезновение динозавров освободило место для млекопитающих. Возможно, именно понимание неизбежности изменений поможет человечеству не только сохранять вымирающие виды животных, но и осмысленно управлять будущим биосферы.