Геном почти вымершего северного белого носорога даёт надежду на возрождение вида

Северный белый носорог — одно из самых редких животных на Земле, осталось всего две самки, и у вида нет естественного способа к размножению.

Международная команда учёных из Scripps Research, San Diego Zoo Wildlife Alliance, Института молекулярной генетики Макса Планка и других организаций составила полную карту генома северного белого носорога. Это решающий шаг на пути к спасению критически исчезающего вида с помощью передовых репродуктивных технологий.

Полный геном будет использоваться как эталон для анализа здоровья ранее созданных стволовых клеток северного белого носорога. В конечном итоге эти стволовые клетки смогут генерировать сперматозоиды и яйцеклетки для получения новых особей.

Геном опубликован в PNAS.

«Что особенно захватывает в этой вехе, так это то, что мы приближаемся к возможности спасти животных, которые иначе могли бы исчезнуть в течение нашей жизни», — говорит соавтор исследования Джин Лоринг, почётный профессор Scripps Research и научный сотрудник San Diego Zoo Wildlife Alliance.

Новая работа объединила передовые методы секвенирования ДНК и картирования генома для создания высококачественного генома. Учёные использовали клетки, ранее собранные у самца северного белого носорога по имени Ангалифу, который жил в San Diego Zoo Safari Park до своей смерти в 2014 году. Тогда его клетки кожи были криоконсервированы в «Замороженном зоопарке» (Frozen Zoo) San Diego Zoo Wildlife Alliance.

«Мы наложили друг на друга несколько технологий, чтобы создать максимально точную геномную карту. Это как проект "Геном человека" для носорогов», — говорит Лоринг.

Этот новый геном также стал жизненно важным инструментом для спасения исчезающего вида. В 2011 году команда Лоринг создала первые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из клеток северного белого носорога. С тех пор, в сотрудничестве с San Diego Zoo Wildlife Alliance, были созданы другие линии стволовых клеток от девяти разных особей северного белого носорога.

Эти выращенные в лаборатории клетки могут превратиться в любой другой тип клеток, включая яйцеклетки и сперматозоиды, которые потенциально можно использовать для создания эмбрионов.

Одним из основных препятствий всегда был контроль качества. Без эталонного генома учёные не знали, приобрели ли эти стволовые клетки вредные мутации во время роста в лаборатории — распространённая проблема как для человеческих, так и для животных стволовых клеток.

В новом исследовании команда Лоринг смогла использовать новый полный геном для анализа ранее созданных линий стволовых клеток. Они обнаружили, что у одной из самых многообещающих линий отсутствовал большой фрагмент ДНК — более 30 миллионов пар оснований, затрагивающих более 200 генов, включая гены, участвующие в репродукции и подавлении опухолей.

«Если бы мы не построили этот геном, мы бы этого не узнали», — добавляет Лоринг. «Мы думали, что у нас хорошая линия стволовых клеток, но оказалось, что у неё есть мутация, которая могла бы сделать её небезопасной для использования в репродукции. Теперь мы можем вернуться и проверить все остальные. Это становится золотым стандартом для выбора клеток, с которыми стоит работать дальше».

Новый геном также разрешил давние вопросы о том, насколько сильно различаются северные и южные белые носороги.

Некоторые ранние данные указывали на значительные различия в ДНК, которые могли бы сделать рискованной имплантацию эмбрионов северного белого носорога южным белым носорогам. Но обновлённые сравнения показывают, что их геномы поразительно похожи, что даёт учёным уверенность в том, что южные белые носороги — которых гораздо больше — могут служить суррогатными матерями без серьёзных осложнений.

Для Лоринг, работающей над этим проектом с 2007 года, новый геном — символ возможного. «Теперь, когда у нас есть их геном, мы можем применить все инструменты, разработанные для людей — CRISPR-редактирование генов, репортёрные гены, всё что угодно — чтобы помочь спасти их».

Эта работа также задаёт мощный пример для других исчезающих видов, говорит Лоринг. Усилия по спасению сотен различных исчезающих видов — от млекопитающих и птиц до растений и кораллов — зависят от тщательного биобанкинга, подобного тому, который ведёт «Замороженный зоопарк».

«"Замороженный зоопарк" проявил дальновидность, заморозив настоящие клетки этих животных. Это значит, что мы не пытаемся воссоздать вид из фрагментов древней, повреждённой ДНК. У нас есть настоящий материал», — говорит она.

В конечном счёте, цель — вырастить здоровые эмбрионы и имплантировать их суррогатным матерям, а затем вырастить получившихся детёнышей в защищённых условиях. Это не «Парк Юрского периода», спешит подчеркнуть Лоринг, и это не зависит от редактирования или конструирования генов.

«Мы не воскрешаем загадочный вид — мы восстанавливаем тот, который всё ещё хорошо знаем», — добавляет она. «Носорог большой, нежный и незабываемый. Это идеальный символ того, что наука может сделать в борьбе с вымиранием».