Är det möjligt att återuppliva mammutar och andra utdöda djur

Beth Shapiro forskar om DNA från mammutar, dodos och andra utdöda arter. I The Life We Create förklarar hon hur människor har interagerat med djur under hela deras existens: jagat dem, domesticerat dem och skyddat dem från utrotning. Med tillstånd av Corpus publicerar vi ett utdrag ur kapitlet "Avsedda konsekvenser" om hur forskare försöker återuppliva mammutar.

De flesta av oss som arbetar inom området forntida DNA är vana vid frågor om återuppståndelsen av utdöda arter – förmodligen med hjälp av bioteknik. Har vi redan gjort detta? Nej? Så hur nära är forskare att göra det? Är det ens möjligt att återuppliva en utdöd art? Hur är återhämtningsprocessen? Jag svarar samma sak hela tiden – nej, inte än, knappast inom en snar framtid.

Att skapa en exakt kopia av en utdöd art är omöjligt och kommer troligen aldrig att vara möjligt.

Men det finns teknologier som en dag förmodligen kommer att tillåta oss att återuppliva komponenterna i utdöda arter - deras utdöda egenskaper.

Låt oss säga att en vetenskapsman kan modifiera en elefant genom att lägga till en bit DNA som uppstod under Evolution mammutar och elefanter kommer att växa hår och utveckla ett tjockt lager av subkutant fett, som ett resultat av vilket det kommer att kunna överleva den arktiska frosten. Det är möjligt att modifiera den randiga svansduvan så att den liknar en passagerarduva i fjäderdräktsfärg och svansform. Men kommer dessa modifierade elefanter och randiga duvor att vara riktiga mammutar och passagerarduvor? Jag tror inte det.

Varför kan vi inte ta tillbaka utdöda arter? Det finns tusen anledningar till varför utdöda arter svårt att återuppliva: från rent tekniska komplexiteter till etiska frågor om manipulation av arter och miljöutmaningar förknippade med behovet av att släppa återuppståndna arter till en miljö där de inte fanns, förmodligen redan dussintals tusen år. Vissa tekniska problem kan övervinnas (redigera könslinjen hos fåglar, transplantera ett elefantembryo till en fången mamma), andra är osannolikt att någonsin lösas (återställ tarmmikrofloran hos den utdöda ulliga noshörningen, hitta en surrogatmamma till Steller ko).

Ta till exempel mammutar. Jag känner till tre forskargrupper som just nu arbetar med att återskapa mammutar. Av dessa leddes två av Hwang Woo-seok från den sydkoreanska Suam Biotechnology Research Foundation och leddes av Akira Iritani från Kindai University i Japan - försök att klona mammutar, det vill säga att återuppliva dem genom en process, vars mest kända resultat var födelse dolly fåren.

Eftersom kloning kräver levande celler, hoppas Hwang hitta levande mammutceller som har överlevt i frusna kadaver, som nu (tack vare den globala uppvärmningen) tinar i Sibiriens eviga permafrost. […] Nackdelen med denna metod är att det inte kan finnas några levande celler i de frusna mammutkadaverna, eftersom processen med cellförfall börjar omedelbart efter döden. Iritani-arbetsgruppen inser dock att det är osannolikt att levande mammutceller kommer att hittas, och vänder sig till molekylära biologi för att återuppliva döda mammutceller, eller åtminstone uppnå ett sådant sken av liv att de kan klona. Iritanis plan är att tvinga fram proteinerna från äggen mössdesignad för att reparera skadat DNA, rekonstruera trasigt DNA i mammutceller.

Under 2019 publicerade Iritani och kollegor en artikel som beskrev hur de försökte göra detta med celler från ett särskilt välbevarat mammutkadaver vid namn Yuka. Den här artikeln hyllades omedelbart i populärpressen som ett förebud om mammutens förestående återuppståndelse, men bevisen verkar tyda på något annat. Även om Yukas celler var anmärkningsvärt välbevarade jämfört med andra mumifierade mammutar, var musproteinerna inte särskilt framgångsrika när det gäller att reparera cellens DNA.

Det är omöjligt att klona mammutar eftersom alla mammutceller är döda.

En tredje grupp som hoppas kunna återuppliva mammutar leds av George Church från Wyss Institute for Biological Engineering vid Harvard University. Forskare medger att det inte kommer att vara möjligt att hitta levande celler av mammutar, med tanke på att de sista mammutarna dog för mer än tre tusen år sedan. Men kyrkan håller inte med om att detta utesluter möjligheten återuppliva mammutar. Han betonar att vi har till vårt förfogande ett oändligt utbud av levande celler nästan som mammutar - indiska elefanter - som kan odlas i labbet och förvandlas från nästan mammut till helt mammut med syntetiska verktyg biologi. För detta ändamål lanserade kyrkan ett program för att använda CRISPR för att infoga DNA i indiska elefantceller. små förändringar (en i taget) tills cellens arvsmassa matchar arvsmassan exakt mammut.

sväng genomet elefant in i mammutgenomet är en uppgift av skrämmande proportioner. Linjerna som leder till indiska elefanter och ulliga mammutar skiljde sig åt för över fem miljoner år sedan. Eftersom mammutresterna är välbevarade har forskare som arbetar med forntida DNA kunnat rekonstruera flera genom från dessa rester i sin helhet. När de jämfördes med de indiska elefanternas genom visade det sig att de har ungefär en miljon genetiska skillnader.

Idag är det omöjligt att göra en miljon modifieringar av en cells DNA på en gång - ingen av de tillgängliga metoderna för att redigera genomet tillåter detta. För att göra så många förändringar måste man fysiskt bryta genomet i många fragment samtidigt, en potentiell katastrof från vilken cellen sannolikt inte kommer att återhämta sig. Dessutom kräver varje modifiering (eller uppsättning modifieringar) sin egen redigeringsmekanism, och försök att leverera dem alla i buren på en gång kommer uppenbarligen inte att leda till något bra.

Hittills gör kyrkans grupp en eller flera ändringar åt gången och ser till att de är klara. korrekt, och tar sedan cellerna med rätt modifiering och utsätter dem för nästa omgång redigering. Förra gången jag frågade Church hur de mådde sa han att hans team hade lagt till cirka 50 stycken ändringar, som ersätter några av generna med mammutvarianter, vilka studier visar att mammuten ser mer ut som en mammut än en elefant. Idag har kyrkans team levande celler som, om de klonas, kommer att innehålla de genetiska instruktionerna som återställer några av mammutens egenskaper. Dessa är inte mammutceller, utan snarare mammutliknande.

Är det möjligt att klona mammutkyrkliga celler? Kloningsteknik, särskilt för husdjur som får och kor, har förbättrats avsevärt sedan 2003, när fåret Dolly föddes. Men när det gäller andra typer läggs mycket tid på att klargöra alla nödvändiga detaljer: hur och när man ska hämta ägg, hur man skapar en idealisk kultur för tidig utveckling av embryon, när man ska implantera dem med ett surrogat mor. Och det största hindret är omprogrammeringsstadiet, där den somatiska cellen glömmer hur man är en cell av sin typ och förvandlas till en cell av den typ som kan bli ett helt djur. Det här steget blir sällan gjort rätt – så sällsynt att framgångsfrekvensen för kloningsförsök knappt överstiger 20 %, även för arter som forskare klonar hela tiden.

Elefanter har aldrig klonats, delvis för att det inte finns någon nischmarknad för klonade elefanter.

Vår klonmarknad inhemsk djur växer. Bioteknikföretaget Boyalife Genomics bygger en boskapskloningsfabrik i Tianjin och gör anspråk på det kommer att kunna föda upp en miljon klonade wagyu-kor om året för att möta den växande efterfrågan på kinesiskt nötkött. marknadsföra.

Hwangs företag Sooam Biotech är redo att klona din vovve, och i ViaGen Pets, baserat i Texas, har de en hund, en katt och till och med en älskad häst. Men av någon anledning är det få som försöker klona sin älskade elefant.

Det är förmodligen omöjligt att klona en elefant. Elefanter är enorma djur med ett motsvarande enormt reproduktionssystem. Detta komplicerar kritiska steg i kloningsprocessen, som att skörda ett ägg för kärnkraftsöverföring. och införandet av ett utvecklande embryo i livmodern hos en surrogatmamma, eftersom mödomshinnan hos elefanter är mellan graviditeter regenererar (den har ett litet hål i vilket manliga spermier kommer in, men för ett elefantembryo är detta ett betydande och förmodligen oöverstigligt hinder). Indiska elefanter är också en utrotningshotad art, vilket innebär att om denna teknik fortfarande inte är bortom vetenskapens kapacitet, skulle det vara bäst att tillämpa den på elefantuppfödning.

Även om elefantkloning blir tekniskt (och etiskt) genomförbart, är det inte helt klart om en mammaelefant kan bära en mammutbebis.

Fem miljoner år är en lång evolutionär tid, och en miljon skillnader mellan DNA är mycket. I grund och botten är den evolutionära skillnaden mellan mammutar och indiska elefanter ungefär densamma som mellan människor och schimpans. Det är svårt att föreställa sig en schimpansmamma som bär på en mänsklig bebis (och vice versa).

Det har hänt att surrogatmödrar framgångsrikt har producerat ungar av en annan art, så evolutionärt avstånd kanske inte är en dom. Tamhundar födde klonade vargungar, tama katter - friska stäppkattungar, och en tamko födde en frisk klonad gaurunge.

Dessa experiment bevisade vad forskare misstänkte från första början: ju vidare förhållandet mellan två arter, involverat i kloning mellan arter, desto lägre är sannolikheten för framgång i varje steg av processen kloning. Hittills är de mest avlägsna släktingarna involverade i ett framgångsrikt interspecies kloningsexperiment en- och tvåpuckel kameler (dromedar och bakterie), vars evolutionära vägar skiljde sig åt för cirka fyra miljoner år sedan.

Trots en så lång evolutionär period födde en inhemsk dromedarkamel 2017 en klonad dubbelpuckelkamel. Detta är mycket lovande både för bakteriekameler (de är nästan först i listan över stora däggdjur som är hotade) och för bevarandet. naturen som helhet, eftersom denna händelse i sig betonar hur avancerad kloningsteknik har utvecklats och hur mängden arter som kan räddas av sådana metoder.

År 2003 föddes en iberisk stenbock hona tre år efter att hennes art dog ut. Fyra år tidigare var en grupp ledd av Alberto Fernandez-Arias, som nu är chef för ministeriet för jakt, fiske och våtmarker i den spanska autonomin i Aragonien, samlade cellerna från Celia, den sista individen av den pyreniska stenbock, och utsatte dem omedelbar frysningför att inte skada DNA. Sedan ägnade Fernandez-Arias och hans kollegor flera år åt att utveckla en strategi för återupplivandet av bergsgeten. De försökte ta ägg för att klona Celias celler från andra vilda bergsgetter, men vilda djur är inte vana vid människor och är bra på att fly, så experimentera misslyckades.

Som tur var var det lättare att samla ägg från tamgetter. Istället för DNA från en tam get, introducerade forskarna DNA från Celias frusna somatiska celler i äggen, varefter 57 transformerade ägg implanterades i surrogatmödrar. Dessa celler var hybrider av en tamget och en pyrenéisk stenbock. Sju embryon ympades och en hona föddes levande. Tyvärr, den klonade honan hade en medfödd lunganomali, troligen orsakad av komplexiteten i kloningsprocessen, och hon dog inom några minuter. Försök att återuppliva den iberiska stenbock från Celias celler har lagts på is, men cellerna förvaras fortfarande frysta.

Det är troligt att forskare en dag kommer att kunna koda om elefantgenomet till mammutgenomet och klona detta en bur genom att plantera den med sin mammaelefant, men själva processen kan förhindra återupplivandet av en mammut utveckling.

En klonad mammut född av en elefantmamma (eller den konstgjorda livmodern som George Church gynnade som en lösning på elefantkloningsproblemet) kommer förmodligen att se ut som en mammut.

Nästan alla av oss bland våra bekanta har enäggstvillingar, så vi föreställer oss hur mycket DNA påverkar utseendet. Men våra tvillingvänner är inte utbytbara. De har olika livserfarenheter, olika stressfaktorer, olika dieter och olika miljöer... kort sagt, de är helt olika människor. Kommer det att finnas en mammut som har gått igenom elefantvägen för intrauterin utveckling, uppfostrad av elefanter, livnärd på elefantmat och besitter elefantmikroflora tarmar, beter sig som en mammut - eller är den fortfarande som en elefant?

Det spelar förstås ingen roll om vårt slutmål är att skapa en elefant med några mastodontdrag, vilket förmodligen är vad vi vill. Men om vi ska skapa en mammut måste vi också återskapa mammutens hela livsmiljö, från befruktning till död. Och denna miljö dog tyvärr också ut.

Boken "Livet vi skapade" avlivar också myter om genteknik. Beth Shapiro berättar om hur denna trend påverkar boskapsproduktionen och hjälper till att skydda hotade arter från utrotning.

Köp en bok