Ученые используют гены вымерших видов для защиты исчезающих животных и климата

Генетик Джордж Чёрч впервые посетил Сибирь летом, когда впервые растаяла вечная мерзлота.

В 2018 году верхний слой почвы оттаял и не замерз снова, что является признаком изменения климата. Микробы начали поглощать углерод, запертый во льду, и выделять его в атмосферу в виде метана (CH₄). Чёрч наблюдал, как его коллега поджег спичкой карман этого газа, скопившийся над размягчившимся болотом.

По словам Чёрча, сегодня таяние вечной мерзлоты высвобождает метан «с угрожающей скоростью», учитывая, что этот газ «в 30 раз более эффективен, чем углекислый газ (CO₂), в усилении глобального потепления». В мерзлоте хранится около 1,4 триллиона тонн углерода — в 2,5 раза больше, чем в тропических лесах Амазонии.

Его план по борьбе с этим: генетически модифицировать слонов для жизни в холоде и переселить их на север, где их повседневная деятельность будет способствовать сохранению и восстановлению арктических экосистем.

Что именно делают ученые?

Лаборатория не занимается «воскрешением» мамонтов в ближайшем будущем. Вместо этого они работают над «воскрешением генов». Уже удалось идентифицировать два гена, которые придают организмам устойчивость к холоду. Идея заключается в безопасном внедрении этих и других генов в современных слонов, чтобы они могли комфортно жить в Арктике и восстанавливать ее экосистемы.

Почему именно слоны?

Причины связаны с биоразнообразием и смягчением последствий изменения климата:

• Все виды слонов находятся под угрозой исчезновения. Предоставление им новой территории в Арктике, вдали от людей — главной причины вымирания, — это способ их сохранения.
• Ученые также работают над лечением специфического для азиатских слонов герпесвируса.
• Слоны могут помочь сохранить вечную мерзлоту. Они валят деревья, что уменьшает площадь коры, поглощающей солнечный свет и нагревающей землю. Это позволяет снегу уплотняться, способствуя промерзанию почвы, а не оставаться рыхлым изоляционным слоем.
• Гибрид слона и мамонта может стать хорошим экологическим заменителем для выполнения той роли, которую когда-то играл шерстистый мамонт.

Почему используются древние гены?

Цель — расширить генетическое разнообразие. Ученые могут искать полезные гены не только среди современных слонов, но и у других видов, а также заглядывать в прошлое на 1 миллион лет. ДНК, сохранившаяся в костях мамонтов, содержит генетический код таких признаков, как теплая шерсть и толстый подкожный жир.

Этические вопросы и взаимодействие с обществом

Проект требует широкого публичного обсуждения. Лаборатория сотрудничает с Personal Genetics Education Project для информирования сотрудников Конгресса США, работает с писателями, а также взаимодействует с представителями коренных народов, арктических сообществ, промышленности и правительств.

Роль компании Colossal Biosciences и связь с медициной

Джордж Чёрч является научным соучредителем Colossal Biosciences, которая финансирует исследования его лаборатории в Гарварде через спонсорское соглашение.

• Изменение климата — это вопрос здоровья человека, поэтому его смягчение сохранит человеческие жизни.
• Побочные продукты работы, такие как технологии в области репродуктивной медицины (создание гамет, методы для недоношенных родов у слонов), могут быть применены в вспомогательных репродуктивных технологиях для людей.
• Многие разработки в области чтения и записи ДНК, диагностики и терапии напрямую применимы и в ветеринарии.

Текущий фокус исследований

Лаборатория сосредоточена на:

1. Эффективном выявлении и тестировании генов для адаптации к Арктике.
2. Мультиплексном редактировании — внесении тысяч генетических и эпигенетических изменений одновременно. Это позволяет быстро превращать клетки взрослого слона в плюрипотентные стволовые клетки, вносить изменения и возвращать их в состояние взрослых тканей за 4 дня — несколько недель.
   • Текущий рекорд лаборатории — 22 000 правок за несколько дней.
   • Для слона может потребоваться от 40 (как при редактировании свиней для ксенотрансплантации) до 500 000 (число фиксированных генетических различий между мамонтами и слонами) изменений.
3. Развитии методов репрограммирования для получения здоровых гамет и обеспечения безопасного ЭКО и эмбрионального развития, чтобы слонихи могли успешно вынашивать генетически модифицированное потомство.

Следующие шаги и сроки

Ключевые задачи:

• Мультиплексное редактирование.
• Ускоренное и обычное развитие in vitro для тестирования.
• Разработка стратегий размещения слонов, управления их поведением и выбора подходящих ландшафтов с учетом геополитических реалий. Моделирование покажет, какая именно часть Арктики (из 20 млн кв. км) нуждается в заселении для максимального климатического эффекта.

Colossal Biosciences ставит целью создание экологического заменителя мамонта за 5–6 лет. Чёрч считает этот срок амбициозной, но достижимой инженерной целью, аналогичной высадке на Луну, при условии достаточного финансирования. Однако это не обещание, а цель, к которой стоит стремиться, учитывая как научные, так и биоэтические вызовы.