Возможно ли возродить мамонтов и других вымерших животных

Бет Шапиро занимается исследованиями ДНК мамонтов, додо и других вымерших видов. В книге «Жизнь, которую мы создали» она объясняет, как люди на протяжении всего своего существования взаимодействовали с животными: охотились на них, одомашнивали и охраняли от вымирания. С разрешения издательства Corpus мы публикуем отрывок из главы «Предвиденные последствия» о том, как учёные пытаются воскресить мамонтов.

Большинство из нас, тех, кто работает в области древней ДНК, привыкли к вопросам о возрождении вымерших видов — предположительно, с помощью биотехнологий. Приходилось ли нам уже это делать? Нет? Тогда насколько учёные близки к тому, чтобы это осуществить? Возможно ли вообще воскресить вымерший вид? Как устроен процесс возрождения? Отвечаю я всё время одно и то же — нет, пока нет, в ближайшем будущем вряд ли.

Но существуют технологии, которые когда‑нибудь, вероятно, позволят нам возродить компоненты вымерших видов — их вымершие черты.

Скажем, учёный может модифицировать слона, добавив фрагмент ДНК, возникший в ходе эволюции у мамонтов, и у слона отрастет шерсть и образуется толстый слой подкожного жира, в результате чего он сможет пережить арктические морозы. Можно модифицировать полосатохвостого голубя так, чтобы окраской оперения и формой хвоста он стал похож на странствующего голубя. Но будут ли эти модифицированные слоны и полосатохвостые голуби настоящими мамонтами и странствующими голубями? Мне так не кажется.

Почему же мы не можем вернуть вымершие виды? Есть тысячи причин, по которым давно вымершие виды трудно возродить: от чисто технических сложностей до этических вопросов по поводу манипуляций с биологическими видами и экологических задач, связанных с необходимостью выпустить возрожденные виды в среду, где их не было, вероятно, уже десятки тысяч лет. Одни технические проблемы можно преодолеть (отредактировать зародышевую линию птиц, пересадить эмбрион слона матери, содержащейся в неволе), другие едва ли когда‑нибудь будут решены (восстановить микрофлору кишечника вымершего шерстистого носорога, найти суррогатную мать стеллеровой корове).

Возьмём, к примеру, мамонтов. Я знаю три исследовательские группы, которые в настоящий момент работают над воссозданием мамонтов. Из них две — под руководством Хван У‑Сока из южнокорейского Суамского биотехнологического исследовательского фонда и под руководством Акиры Иритани из Университета Киндай в Японии — стремятся клонировать мамонтов, то есть возродить их при помощи процесса, самым знаменитым результатом которого было рождение овечки Долли.

Поскольку для клонирования нужны живые клетки, Хван рассчитывает найти живые клетки мамонта, сохранившиеся в замороженных тушах, которые сейчас (благодаря глобальному потеплению) оттаивают в сибирской вечной мерзлоте. […] Недостаток такого метода в том, что в замороженных тушах мамонтов не может быть живых клеток, поскольку процесс клеточного распада начинается сразу после смерти. Рабочая же группа Иритани признаёт, что живые клетки мамонта едва ли удастся найти, и обращается к молекулярной биологии, дабы оживить мёртвые клетки мамонта или по крайней мере добиться такого подобия жизни, чтобы их можно было клонировать. План Иритани таков: заставить белки из яйцеклеток мышей, предназначенные для восстановления поврежденной ДНК, реконструировать сломанные ДНК в клетках мамонтов.

В 2019 году Иритани и его коллеги опубликовали статью, в которой описывают, как они попытались проделать это с клетками из особенно хорошо сохранившейся туши мамонта по имени Юка. В популярной прессе эту статью немедленно объявили предвестником неизбежного воскрешения мамонта, но данные, по‑видимому, говорят об обратном. Несмотря на то, что клетки Юки сохранились просто превосходно по сравнению с клетками других мумифицированных мамонтов, мышиные белки не сумели достичь особых успехов в восстановлении ДНК клетки.

Третьей группой, которая надеется возродить мамонтов, руководит Джордж Чёрч из Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете. Учёные признают, что найти живые клетки мамонтов не удастся, — учитывая, что последние мамонты умерли три с лишним тысячи лет назад. Однако Чёрч не согласен, что это исключает возможность оживить мамонтов. Он подчёркивает, что в нашем распоряжении имеется бесконечный запас живых клеток почти что мамонтов — индийских слонов, — которые можно выращивать в лаборатории и превращать из почти что мамонтовых в полностью мамонтовые при помощи инструментов синтетической биологии. С этой целью Чёрч запустил программу по использованию CRISPR для внесения в ДНК клеток индийского слона мелких изменений (по одному за раз) до тех пор, пока геном клетки не совпадёт полностью с геномом мамонта.

Превратить геном слона в геном мамонта — задача устрашающих масштабов. Линии, ведущие к индийским слонам и шерстистым мамонтам, разошлись более пяти миллионов лет назад. Поскольку остатки мамонтов хорошо сохранились, учёные, работающие с древней ДНК, имели возможность реконструировать несколько геномов из этих остатков полностью. Когда их сравнили с геномами индийских слонов, оказалось, что в них около миллиона генетических отличий.

На сегодня внести в ДНК клетки миллион модификаций сразу невозможно — этого не позволяет ни один из имеющихся методов редактирования генома. Чтобы сделать такое множество изменений, придётся физически разбить геном на множество фрагментов одновременно, а это потенциальная катастрофа, от которой клетка едва ли оправится. Кроме того, каждая модификация (или совокупность модификаций) требует своего собственного механизма редактирования, и попытки доставить все их в клетку одномоментно явно ничем хорошим не кончатся.

Пока что группа Чёрча делает по одной или по нескольку модификаций за раз, проверяет, что они внесены правильно, а потом берёт клетки с правильной модификацией и подвергает их следующему раунду редактирования. Когда я в последний раз спрашивала Чёрча, как у них дела, он сказал, что его команда внесла в геном слона около 50 модификаций, заменив часть генов мамонтовыми вариантами, которые, как показывают исследования, делают мамонта больше похожим на мамонта, чем на слона. Сегодня у команды Чёрча есть живые клетки, и, если их клонировать, они будут содержать генетические инструкции, восстанавливающие некоторые черты мамонта. Это не мамонтовые клетки, а скорее мамонтообразные.

Можно ли клонировать мамонтообразные клетки Чёрча? Технологии клонирования, особенно для домашних животных вроде овец и коров, с 2003 года, когда родилась овечка Долли, значительно усовершенствовались. Однако в случае других видов куча времени уходит на уточнение всех необходимых подробностей: как и когда забирать яйцеклетки, как создать идеальную культуру для раннего развития эмбрионов, когда подсаживать их суррогатной матери. А главное препятствие — этап репрограммирования, на котором соматическая клетка забывает, как быть клеткой своего типа, и превращается в клетку того типа, который может стать целым животным. Этот шаг редко удается осуществить правильно — настолько редко, что доля успешных попыток клонирования едва ли превышает 20% даже для тех видов, которые учёные клонируют постоянно.

Рынок клонов наших домашних животных растёт. Биотехнологическая компания Boyalife Genomics строит фабрику по клонированию крупного рогатого скота в Тяньцзине и утверждает, что на ней можно будет выращивать миллион клонированных коров породы вагю в год, чтобы удовлетворить растущий спрос на говядину на китайском рынке.

В компании Хвана Sooam Biotech готовы клонировать вашу собачку, а в фирме ViaGen Pets, базирующейся в Техасе, — и собачку, и котика, и даже любимого скакуна. Но почему‑то мало кто стремится клонировать любимого слона.

Вероятно, клонировать слона и в самом деле невозможно. Слоны — огромные животные с соответственно огромной репродуктивной системой. Это осложняет важнейшие этапы процесса клонирования, в частности, забор яйцеклетки для ядерной передачи и введение развивающегося эмбриона в матку суррогатной матери, поскольку девственная плева у слоних между беременностями восстанавливается (в ней есть крошечное отверстие, в которое проникает сперма самца, но для эмбриона слона это существенное и, вероятно, непреодолимое препятствие). Индийские слоны тоже исчезающий вид, а значит, если эта технология всё‑таки не выходит за рамки возможностей науки, лучше всего было бы применить её для размножения слонов.

Пять миллионов лет — долгий эволюционный срок, а миллион отличий между ДНК — это очень много. В сущности, эволюционная разница между мамонтами и индийскими слонами примерно такая же, как между людьми и шимпанзе. Трудно представить себе, чтобы мама‑шимпанзе выносила человеческого младенца (и наоборот).

Бывало, что суррогатные матери успешно производили на свет детёнышей другого вида, так что эволюционная дистанция, возможно, не приговор. Домашние собаки рожали клонированных волчат, домашние кошки — здоровых детёнышей степного кота, а одна домашняя корова родила здорового клонированного детёныша гаура.

Эти эксперименты доказали то, что учёные подозревали с самого начала: чем дальше родство между двумя видами, задействованными в межвидовом клонировании, тем ниже вероятность успеха на каждой стадии процесса клонирования. На сегодняшний день самые дальние родственники, участвовавшие в успешном эксперименте по межвидовому клонированию, — это одногорбый и двугорбый верблюды (дромадер и бактриан), чьи эволюционные пути разошлись около четырёх миллионов лет назад.

Несмотря на такой долгий эволюционный срок, в 2017 году домашняя одногорбая верблюдица родила клонированного двугорбого верблюжонка. Это очень перспективно как для двугорбых верблюдов (они едва ли не первые в списке крупных млекопитающих, находящихся под угрозой исчезновения), так и для сохранения природы в целом, — ведь само это событие подчёркивает, насколько продвинулись технологии клонирования и как расширился диапазон видов, которые вполне можно спасти такими методами.

В 2003 году самочка пиренейского горного козла родилась через три года после того, как её вид вымер. За четыре года до этого группа под руководством Альберто Фернандес‑Ариаса, который сейчас возглавляет Министерство охоты, рыболовства и заболоченных территорий испанской автономии Арагон, собрал клетки Селии, последней особи пиренейского горного козла, и подверг их мгновенной заморозке, чтобы не повредить ДНК. Затем Фернандес‑Ариас и его коллеги несколько лет разрабатывали стратегию возрождения горного козла. Они попытались забрать яйцеклетки для клонирования клеток Селии у других диких горных коз, но дикие животные не привыкли к людям и отлично умеют убегать, так что эксперимент провалился.

К счастью, забрать яйцеклетки домашних коз оказалось проще. Учёные вместо ДНК домашней козы ввели в яйцеклетки ДНК замороженных соматических клеток Селии, после чего 57 трансформированных яйцеклеток имплантировали суррогатным матерям. Эти клетки были гибридами домашней козы и пиренейского горного козла. Семь эмбрионов прижились, и одна самка родилась живой. Увы, у клонированной самочки оказалась врождённая аномалия лёгких, вызванная, вероятно, сложностями процесса клонирования, и она умерла, не прожив и нескольких минут. Попытки возродить пиренейского горного козла из клеток Селии приостановлены, но эти клетки по‑прежнему хранятся в замороженном виде.

Клонированный мамонт, родившийся у матери‑слонихи (или из искусственной матки, которую как решение проблемы клонирования слонов предпочитает Джордж Чёрч), вероятно, будет выглядеть как мамонт.

Чуть ли не у каждого из нас среди знакомых есть идентичные близнецы, поэтому мы представляем себе, как сильно ДНК влияет на внешность. Но наши друзья‑близнецы не взаимозаменяемы. У них разный жизненный опыт, разные стрессогенные факторы, разный рацион и разная среда… короче говоря, это абсолютно разные люди. Будет ли мамонтёнок, прошедший слоновий путь внутриутробного развития, выращенный слонами, вскормленный слоновьим кормом и обладающий слоновьей микрофлорой кишечника, вести себя как мамонт — или все же как слон?

Это, разумеется, неважно, если наша конечная цель — создать слона с некоторыми чертами мамонта, а мы, вероятно, именно этого и хотим. Но если мы намерены создать мамонта, нам нужно воссоздать ещё и всю среду обитания мамонта — с зачатия до смерти. А эта среда, увы, тоже вымерла.

Книга «Жизнь, которую мы создали» ещё и развеивает мифы о генной инженерии. Бет Шапиро рассказывает, как это направление влияет на животноводство и помогает защитить от вымирания оказавшиеся под угрозой виды.