Возрождение лютого волка компанией Colossal Biosciences представляет собой самое сложное достижение генной инженерии среди позвоночных животных на сегодняшний день. Компания успешно выполнила 20 точных генетических правок для преобразования клеток серого волка в эквиваленты лютого волка, внедрив черты, которые отсутствовали на Земле в течение 12,000 XNUMX лет. Эти тщательно отобранные модификации открывают захватывающее окно как в науку воскрешения, так и в уникальную биологию самих лютого волка.
Установление нового рекорда
20 правок, внесенных для создания лютоволка, задали новый стандарт для точной генной инженерии. «Эта новость последовала за недавним объявлением о Colossal woolly mouse, которая ранее удерживала рекорд по уникальным зародышевым правкам у животного с 8 точными правками», — отметила компания в своем объявлении. Успех лютоволка более чем вдвое превысил это предыдущее достижение, продемонстрировав быстрое развитие возможностей мультиплексного редактирования.
Доктор Джордж Чёрч, генетик из Гарварда и соучредитель Colossal, подчеркнул важность этого: «Ужасный волк является ранним примером этого, включая наибольшее на сегодняшний день количество точных геномных изменений у здорового позвоночного — возможность, которая растет экспоненциально».
Процесс выбора
Компания Colossal не вносила произвольные генетические изменения, а использовала анализ древней ДНК для выявления специфических вариантов, уникальных для ужасных волков . Сравнивая реконструированные геномы ужасных волков с геномами современных псовых, команда выявила 14 важных генов с 20 различными генетическими вариантами, которые придают ужасным волкам их характерные черты.
Это были не случайные цели, а тщательно отобранные на основе их функциональной значимости в определении черт лютого волка. Как объяснила доктор Бет Шапиро, главный научный сотрудник Colossal: «Мы обращаемся к древней ДНК, чтобы узнать как можно больше о каждом виде и, по возможности, связать конкретные вымершие варианты последовательности ДНК с каждой ключевой чертой».
Ключевые отредактированные гены и их функции
Хотя Colossal не опубликовала полный список всех 20 изменений, их объявления и освещение в журнале TIME раскрывают несколько ключевых генов и их функции:
Гены окраса и текстуры шерсти
Одной из самых заметных черт ужасного волка является его отличительная шерсть. Colossal обнаружил специфичные для ужасного волка варианты в нескольких основных генах пигментации:
1. CORIN : Сериновая протеаза, экспрессируемая в волосяных фолликулах, которая подавляет агути-путь, влияя на цвет и рисунок шерсти. Варианты гена CORIN у ужасных волков влияют на пигментацию таким образом, что приводят к светлому цвету шерсти.
2. OCA2, SLC45A2 и MITF : Эти гены напрямую влияют на функцию и развитие меланоцитов (клеток, продуцирующих пигмент). В то время как у ужасного волка наблюдаются белковые замены в этих генах, приводящие к светлой шерсти, команда Колоссала обнаружила, что те же самые варианты у серых волков могут приводить к глухоте и слепоте.
Чтобы решить эту потенциальную проблему и при этом добиться желаемого цвета шерсти, команда разработала креативное решение:
3. MC1R и MFSD12 : Вместо прямого использования потенциально проблемных древних вариантов, команда индуцировала потерю функции этих генов, которые влияют на экспрессию пигментов эумеланина (черный) и феомеланина (красный) в меланоцитах. Это позволило добиться более светлого фенотипа окраски шерсти, предполагаемого геномом ужасного волка, но без риска для здоровья.
Эта адаптация демонстрирует осторожный подход Colossal к воскрешению видов, отдавая приоритет благополучию животных, а не точной генетической репликации, когда это необходимо.
Гены размера и структуры
Несколько отредактированных генов влияют на более крупные размеры и отличительную физическую структуру лютоволка:
4. HMGA2 : Этот ген напрямую связан с размерами тела у собак и волков. Редактирование этого гена способствовало более крупному телосложению ужасных волков — они вырастают примерно на 25% крупнее серых волков.
5. MSRB3 : Этот ген связан с вариациями формы ушей и черепа у псовых и других млекопитающих, что обуславливает более широкую голову и характерные черты лица ужасного волка.
6. LCORL : Транскрипционный фактор, регулирующий экспрессию генов и связанный с вариациями размеров тела у многих видов, включая человека, лошадь и псовых. У ужасного волка в последовательности белка LCORL есть три изменения, которые точно меняют способ сворачивания белка в месте его связывания с комплексами подавления генов.
И снова Colossal внесли осторожные изменения. Они отметили, что «крупные породы собак (которые являются одомашненными серыми волками) имеют вариант LCORL, в котором полностью отсутствует домен PRC2». Вместо того, чтобы вводить потенциально проблемные варианты ужасных волков, «ужасные волки Colossal экспрессируют белок, который находится у самых крупных серых волков», достигая желаемого фенотипического воздействия без дополнительного риска.
Многогенный регуляторный модуль
7. Также была выбрана регуляторная геномная область, кодирующая восемь генов, устанавливающих видоспецифические ограничения в размере и структуре скелета. Этот модуль связан с такими особенностями, как различия в росте человека и разнообразные формы клювов у разных видов зябликов. Путем редактирования специфических для ужасных волков вариантов генов в энхансерах этой области команда повлияла на общий размер и структуру этих животных.
Вокализации и поведение
Интересно, что генная инженерия распространилась не только на внешность, но и на поведенческие черты:
8. Гены, влияющие на вокализацию : Журнал TIME сообщил, что компания Colossal выявила гены, влияющие на «большие размеры, более мускулистое телосложение, более широкий череп, большие зубы, густую светлую шерсть и даже на уникальную воющую вокализацию ужасного волка». Эти поведенческие генетические компоненты позволяют предположить, что воскресшие ужасные волки могут издавать звуки иначе, чем современные серые волки.
Процесс редактирования
Для создания свирепого волка потребовалось не только определить целевые гены, но и точно отредактировать множество участков одновременно. Команда применила технологию редактирования генов CRISPR к ядрам эндотелиальных клеток-предшественников серого волка (EPC), точно переписав ДНК в 14 целевых генах, чтобы внедрить 20 вариантов генов свирепого волка.
Для каждого редактирования Colossal создал подробные профили всех потенциальных воздействий на геном донорского серого волка. Этот осторожный подход позволил им отбросить варианты, которые могли бы повлечь за собой определенный риск за пределами предсказанного фенотипа, и отдать приоритет вариантам, которые уже развились у серых волков с предсказанным фенотипом.
Подтверждение успеха
Успех этих генетических модификаций виден на примере ныне живущих детенышей ужасного волка. В возрасте всего шести месяцев самцы-волчата Ромул и Рем уже весят около 80 фунтов и демонстрируют густую белую шерсть, широкие головы и крепкое телосложение, характерное для ужасных волков. Их поведение также отражает инстинкты диких волков: щенки держатся на расстоянии от людей и проявляют осторожность даже в присутствии знакомых опекунов.
Самка детеныша Кхалиси, родившаяся через три месяца после самцов, развивается по схожей траектории, что свидетельствует о последовательном проявлении генетически измененных признаков у разных особей.
За пределами простой реконструкции
Что делает подход Colossal особенно сложным, так это то, что он не просто пытается воссоздать точный геном лютоволка. Вместо этого он фокусируется на разработке ключевых черт, которые сделали лютоволков экологически и эволюционно отличными.
Как объяснил доктор Шапиро, «функциональное воскрешение использует самый безопасный и эффективный подход для возвращения утраченных фенотипов, которые делают вымерший вид уникальным». Этот прагматичный подход ставит во главу угла здоровье и жизнеспособность животных, одновременно достигая цели восстановления функционально эквивалентного вида.
В некоторых случаях это означало использование вариантов серых волков, которые дают тот же фенотипический результат, что и варианты лютого волка, но без потенциальных рисков для здоровья. В других случаях это означало разработку совершенно новых генетических изменений, которые достигают желаемого эффекта с помощью механизмов, отличных от тех, которые использовались у исходных лютого волка.
Шаблон для будущих воскрешений видов
20 правок, которые вернули лютого волка, представляют собой не просто увлекательное исследование — они устанавливают технический шаблон для будущих проектов по воскрешению. Возможность одновременного внесения многочисленных точных генетических изменений имеет важное значение для более амбициозных целей, таких как шерстистый мамонт, который потребует еще больше модификаций генома слона.
Кроме того, подход, сосредоточенный на функциональных признаках, а не на точной генетической репликации, обеспечивает практическую дорожную карту для других усилий по воскрешению вымерших видов, где полная реконструкция генома может быть невозможна или нецелесообразна.
По мере того как эти щенки ужасного волка-первопроходца растут и развиваются, они демонстрируют не только техническое достижение в виде 20 успешных генетических модификаций, но и восстановление уникальной эволюционной линии — линии, которая возвращает древние гены в живой мир после 12 000 лет отсутствия. Каждая из их характеристик, от белой шерсти до диких инстинктов, представляет собой успешное проявление тщательно разработанного генетического кода, связывающего прошлое и настоящее.
