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
Колоссальный не вносил произвольных генетических изменений, а использовал древний анализ ДНК, чтобы определить конкретные варианты, уникальные для ужасных волковСравнив реконструированные геномы ужасного волка 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. КОРИН: Сериновая протеаза, экспрессируемая в волосяных фолликулах, которая подавляет путь агути, влияя на цвет шерсти и рисунок. Варианты CORIN у лютоволков 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, вырабатывающих пигмент). В то время как у ужасного волка в этих генах есть замены, кодирующие белок, которые могут привести к светлой шерсти, команда Колоссала обнаружила, что эти же варианты у серых волков могут привести 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 того, чтобы напрямую использовать потенциально проблемные древние варианты, команда вызвала потерю функции этих генов, которые влияют на экспрессию пигментов эумеланина (черного) и феомеланина (красного) в меланоцитах. Это позволило достичь более светлого фенотипа пигментированного окраса шерсти, предполагаемого геномом лютоволка, но без рисков 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 размером тела у собак и волков. Редактирование этого гена способствовало более массивному телосложению ужасных волков — они вырастают примерно на 25% крупнее серых волков.
5. MSRB3: Этот ген связан с различиями в форме ушей и черепа у собак и других млекопитающих, что обусловливает более широкую голову и характерные черты лица ужасного волка.
6. ЛКОРЛ: Фактор транскрипции, который регулирует экспрессию генов и связан с изменением размера тела у многих видов, включая людей, лошадей и псовых. Ужасный волк имеет три изменения в последовательности белка LCORL, которые изменяют способ сворачивания белка именно в том месте, где он связывается 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. Регуляторная область генома Также были выбраны восемь генов, кодирующих видоспецифичные ограничения в размере и структуре скелета. Этот модуль был связан с такими особенностями, как различия в росте человека и различные формы клюва среди видов вьюрков. Редактируя специфичные для ужасных волков варианты в генные усилители в этом регионе, команда повлияла на общий размер и структуру ужасных волков.
Вокализации и поведение
Интересно, что генная инженерия распространилась не только на внешность, но и на поведенческие черты:
8. Гены, влияющие на вокализации: Журнал TIME сообщил, что Colossal идентифицировал гены, влияющие на «больший размер, более мускулистое телосложение, широкий череп, большие зубы, густую светлую шерсть и даже на его уникальные войные вокализации лютоволка». Эти поведенческие генетические компоненты предполагают, что воскрешенные лютоволки могут издавать звуки, отличающиеся от звуков современных серых волков.
Процесс редактирования
Создание ужасный волк требовалось больше, чем просто идентификация целевых генов — требовалось точное редактирование нескольких сайтов одновременно. Команда применила технологию редактирования генов CRISPR к ядрам эндотелиальных клеток-предшественников серого волка (EPC), точно переписав ДНК в 14 целевых генах, чтобы установить 20 вариантов ужасного 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.
Как эти пионерские щенки ужасного волка продолжают расти и развиваться, они демонстрируют не только техническое достижение 20 успешных генетических правок, но и восстановление уникальной эволюционной линии — той, которая возвращает древние гены в живой мир после 12,000 XNUMX лет отсутствия. Каждая демонстрируемая ими характеристика, от их белых халатов до их диких инстинктов, представляет собой успешное выражение тщательно спроектированного генетического кода, который связывает прошлое и настоящее.
