Наука воскрешения видов

Именно редактирование генома, а не клонирование путем ядерного переноса и не искусственное одичание можно считать наиболее вероятным путем возрождения исчезнувших признаков, а также вымерших видов (в зависимости от того, с какой степенью точности мы будем определять понятие вида). Но с чего начать? Вероятно, ответ на этот вопрос будет зависеть от конкретного проекта по возрождению вымершего вида.

Если наша цель – создать слона, который сможет пережить сибирскую зиму, значит, нам нужно изменить это животное, приспособившееся к жизни в тропиках, таким образом, чтобы оно хорошо себя чувствовало при лютом холоде. Более длинная и густая шерсть определенно поможет в этом, равно как и гемоглобин, более эффективно переносящий кислород при низких температурах. Но какие еще признаки нам нужно создать? Существуют ли иные способы повысить эффективность, с которой слон поддерживает температуру своего тела? Существуют ли еще какие-то не учтенные нами потребности в энергии, актуальные для животных, обитающих в Арктике? Существуют ли какие-то адаптации системы пищеварения, необходимые слону для того, чтобы питаться растительностью Сибири? Нужно ли нам воссоздать морфологические изменения, которые позволят слону выкапывать растения из-под снега? Понадобится ли изменить иммунную систему слона таким образом, чтобы он смог защититься от патогенных микроорганизмов, которые не встречаются в тропиках? Все это хорошие вопросы, и мы пока не нашли на них ответов, не говоря уже о том, чтобы определить целевой ген или набор генов, который мы смогли бы секвенировать и проверить на предмет специфических для мамонта изменений, которые мы хотели бы воссоздать.

В ближайшем будущем исследование генома слона вряд ли будет в приоритете в научном мире, а значит, нам не скоро удастся узнать, как расположены все гены, за что они отвечают и как взаимодействуют друг с другом. Но если мы действительно хотим склеить мамонта по кусочкам путем редактирования генома, эта информация будет иметь критическое значение. С учетом того, как много еще остается неизвестным, возможное решение состоит в том, чтобы изменить все нуклеотиды в геноме слона, отличающиеся от генома мамонта. В этом случае у нас будет меньше шансов проглядеть какое-либо существенное различие или взаимодействие генов. Но в этом случае нам понадобится внести множество изменений. Если считать, что расхождение линий мамонта и индийского слона от их общего предка произошло около 4 миллионов лет назад и шло примерно с такой же скоростью, как у других млекопитающих, можно ожидать, что у этих двух видов обнаружится около 70 миллионов генетических отличий (такой же порядок, как в случае человека и шимпанзе). Нам нужно будет отредактировать менее 2 % генома слона, однако 70 миллионов изменений – это очень много.

Как же мы внесем эти изменения? Во-первых, нам нужно выяснить, что именно мы должны изменить. Множество (если не большинство) различий между геномами индийского слона и мамонта, вероятно, можно определить, секвенировав и собрав оба генома, выстроив их друг рядом с другом и просканировав на предмет отличающихся участков. Поскольку мы знаем, что секвенировать и собрать полный геном мамонта нам не удастся, мы уже столкнулись с первой трудностью такого подхода. Проигнорируем эту проблему, и тогда следующим шагом нам нужно будет спланировать изменения каждого специфического участка слоновьего генома с помощью инструментов для редактирования генома. Если считать, что для каждого изменения понадобится своя cгРНК (CRISPR РНК, или cгРНК, – это часть системы CRISPR-Cas9, которая находит участок генома, подлежащий изменению, и связывается с ним), то нам понадобится создать и поместить в клетку 70 миллионов различных cгРНК. Однако ученые в лаборатории Джорджа Чёрча совершенствуют технику введения в клетку все более длинных фрагментов ДНК, что, возможно, позволит заменять множество азотистых оснований за один раз. Предположим, что эту технологию существенно улучшат, и с помощью каждой cгРНК мы сможем делать, в среднем, 10 изменений. Это снизит число нужных нам cгРНК примерно до 7 миллионов.

Работая над гемоглобином мамонта, команда воскресителей из лаборатории Джорджа Чёрча разработала две cгРНК для внесения трех изменений в ген гемоглобина (одна cгРНК вносит одну правку, а вторая – две). Редактирование ДНК слона происходит в три этапа. Во-первых, нужно доставить в клетку все необходимое для редактирования генома – cгРНК, Cas9 (молекулярные ножницы) и участок ДНК мамонта. Во-вторых, cгРНК должны обнаружить участок генома, который нужно вырезать. В-третьих, механизмы клеточной репарации должны вставить на это место мамонтовую версию соответствующего гена.