Odtworzyć mamuta? Można próbować. Tylko po co?

Jak sklonować zwierzę? Trzeba pójść w ślady twórcy słynnej, urodzonej w 1996 r. owcy Dolly. Zdobyć jądro komórkowe z kompletnym materiałem genetycznym danego osobnika, czyli sto procent genów, które posiada zwierzę, by móc żyć, rosnąć czy rozmnażać się. Do tego potrzebne jest „puste”, czyli pozbawione DNA, jądro komórki rozrodczej. Wystarczy już tylko impuls elektryczny, który pobudzi proces embriogenezy, czyli tworzenia zarodka. I klon gotowy. Nie wydaje się to szczególnie skomplikowane w przypadku gatunków żyjących. Co jednak z gatunkami wymarłymi?

Owca Dolly nie przetarła szlaków

Kwasy nukleinowe są relatywnie nietrwałą grupą związków chemicznych. Po 500 latach od śmierci zwierzęcia połowa jego materiału genetycznego ulega rozpadowi. Chyba że warunki utrwalenia ciała są bardzo korzystne dla DNA. Takich przykładów jest coraz więcej, ponieważ globalne ocieplenie sprzyja uwalnianiu okazów z wiecznej zmarzliny. Z pomocą przychodzą też współczesna nauka i technologia.

W 2019 r. na łamach „Scientific Reports” ukazały się rezultaty próby naprawy uszkodzeń w mamucim DNA. Japońscy naukowcy pobrali jądro komórkowe z bardzo dobrze zachowanych komórek Yuki – osobnika sprzed 28 tys. lat, a następnie wszczepili je do mysich oocytów (w uproszczeniu: komórek jajowych). Liczyli na to, że świeże, żywotne komórki myszy same zreperują uszkodzenia w pradawnym DNA. I słusznie. Przynajmniej część nieprawidłowości w mamucim genomie została usunięta, a powstałe w ten sposób komórki zachowywały żywotność.

Różnice pomiędzy myszą a mamutem są jednak zbyt duże, by mogło dojść do czegoś więcej niż tylko przeprowadzenia drobnych renowacji.

Pierwsze klonowanie wymarłego gatunku – o czym mało kto wie – ludzkość już dawno ma jednak za sobą. Oryginałem był koziorożec pirenejski – ssak z rodziny wołowatych, mierzący ok. 70 cm w kłębie. W 1999 r. uczeni pobrali próbkę skóry od Celii – ostatniej przedstawicielki tego gatunku – i zamrozili cenne tkanki w ciekłym azocie. 10 lat później pobrali z komórek jądra z kompletnym DNA i przeszczepili je do „pustych” oocytów udomowionych kóz.

Komórki jajowe z genomem koziorożca udało się pobudzić do rozwoju embrionalnego. Po kilku dniach zarodki przeszczepiono do macic surogatek należących do blisko spokrewnionego koziorożca hiszpańskiego. Przedsięwzięcie było realizowane na ogromną skalę: implantacji dokonano u ponad 200 samic. Z tego przyjęło się jednak zaledwie 7 zarodków, a tylko jedna ciąża została donoszona. Młode urodziło się w lipcu 2003 r., ale umarło zaledwie kilka minut po przyjściu na świat. Przyczyną śmierci był defekt płuc.

Tak niski sukces implantacji, udanych porodów i przeżyć noworodków jest typowy dla klonowanych zwierząt. Uczeni nie mają pewności, co jest tego przyczyną. Uważają, że ma to związek z procesem usuwania jądra, przeszczepiania go oraz pozaustrojowych manipulacji komórkowych.

Kiedy pobrano próbki od Celii, samica nadal żyła (zmarła rok później). Od wykonania biopsji do klonowania minęło zaledwie kilka lat, a DNA było niewspółmiernie lepiej zachowane niż materiał genetyczny najlepiej nawet utrwalonego mamuta. Trudności, z jakimi spotkali się naukowcy, dotyczą także przywracania do życia zwierząt wymarłych wieki temu. Tyle że ograniczeń jest znacznie więcej.

Przenoszenie jąder komórkowych to jednak niejedyny sposób, by „skopiować” zwierzę. Biotechnolodzy i genetycy zwrócili się ku technikom, o których twórcy Dolly nie mogli nawet marzyć.

Słoń nie jest lustrzanym odbiciem

CRISPR-Cas9 najpierw podejrzano u bakterii. To bardzo młoda, ale przełomowa metoda edytowania genów – za jej opracowanie Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier otrzymały w 2020 r. Nagrodę Nobla. Technika ma bardzo wiele do zaoferowania nie tylko medycynie i terapiom genowym. I może stać się przełomowym narzędziem do przywracania gatunków.

Najbardziej zaawansowane są prace prowadzone przez Colossal Biosciences – firmę, której czołową postacią jest prof. George Church, genetyk z Harvard Medical School. Jego zespół od kilkunastu lat dąży do przywrócenia do życia mamutów. Nie bazuje oczywiście tylko na własnych odkryciach. Staje na „ramionach gigantów”, korzystając z tego, co osiągnęły wcześniej inne laboratoria. Na przykład z kompletnego mamuciego genomu, który został zsekwencjonowany przez uczonych ze Swedish Museum of Natural History i opublikowany w 2015 r. na łamach „Current Biology”.

Tu uwaga: pozyskanie DNA z ciał zamrożonych osobników to coś zupełnie innego niż odczytanie ich genomu. To pierwsze przypomina znalezienie niezniszczonego egzemplarza papirusu sprzed kilku tysięcy lat. Drugie: odtworzenie jego treści. Jeśli dysponuje się przynajmniej dwiema kopiami, można je ze sobą porównać i zapełnić luki spowodowane zniszczeniami. Jest jeszcze łatwiejsze, gdy dysponuje się treścią referencyjną, np. bardziej współczesnym tłumaczeniem. W przypadku mamuta jest nim słoń indyjski, czyli najbliżej spokrewniony żyjący krewny pradawnych trąbowców.

Tak właśnie pracuje zespół Churcha: genetycy najpierw „rozplatają” genom słonia oraz mamuta, a następnie szukają w nich różnic, które uznali za istotne. Słoń indyjski ma duże uszy, a mamut powinien mieć małe. Współczesny trąbowiec ma skąpe owłosienie, a jego wymarły krewny – bardzo gęste. Badacze manipulują więc genetyką tak, aby osiągnąć ten drugi fenotyp. I tak, opierając się na swoim wyobrażeniu mamuta, budują coś, co nie jest ani słoniem, ani mastodontem. A później czekać ich jeszcze będzie długa i trudna przeprawa, podobna do tej, którą przebyli twórcy klona Celii. Z tym że o wiele bardziej skomplikowana.

Skoro jednak wiadomo, jak wygląda kompletny genom mamuta, to dlaczego zespół Churcha po prostu nie zbuduje od podstaw całego DNA tego zwierzęcia i nie wszczepi go do dowolnej komórki? Niestety: znać treść książki, a stworzyć jej egzemplarz, to dwie różne sprawy. Genom wymarłego trąbowca to kilka miliardów par zasad, które trzeba by mozolnie poukładać. Dużo łatwiej jest bazować na wzorcu i doklejać do niego pojedyncze sekwencje. Poza tym nawet kompletna nitka DNA sama nie stworzy nowego organizmu. Potrzebne są komórki, które wiedzą, jakie geny, w jakiej kolejności aktywować.

Badacze z Colossal Biosciences chcą jeszcze pobierać próbki skóry słonia i łączyć je z komórkami macierzystymi wyposażonymi w mamucie geny – by uzyskać hybrydowe embriony, które będą musieli przeprowadzić przez proces podobny do tego, który przeszły klony Celii. Kłopot w tym, że tamten koziorożec posiadał wielu żyjących, niezagrożonych wyginięciem krewnych, od których pobierano komórki, a później zapładniano. Słoń indyjski jest zaś gatunkiem zagrożonym, więc jakiekolwiek manipulacje budzą wątpliwości etyczne.

Poza tym ciąża słonia trwa prawie 2 lata. Nie wiadomo, czy płód mamuta rozwijał się tak samo długo – bardziej prawdopodobne jest, że były tu przynajmniej drobne odstępstwa. A one mogą zadecydować o porażce projektu. Czy można sobie pozwolić na zapładnianie setek samic słoni, noszących przez wiele miesięcy ciąże, z których większość zakończy się niepowodzeniem?

Zespół Churcha równolegle do projektu mamuciego planuje prowadzić program ochrony populacji słoni azjatyckich. Trudno powiedzieć, czy jest to greenwashing, czyli strategia mająca stworzyć wrażenie, że jego działania są etyczne, czy chęć realnego działania. Może jedno i drugie. Realizatorzy projektu planują też przenieść życie prenatalne mamutopodobnych płodów z prawdziwych do sztucznych macic – które jednak nigdy nie były testowane na taką skalę.

Trąbowiec nie musi być łagodny

Projekty odtwarzania wymarłych gatunków budzą też innego rodzaju wątpliwości. Badacze twierdzą, że mamuty – zjadając szybkorosnące, produkujące niewiele tlenu lasy i wspierając wzrost traw, które potrafią bardzo wydajnie więzić dwutlenek węgla – pomogłyby nam walczyć z globalnym ociepleniem. Bo wielkie tundrowe połacie wzmacniają zdolność planety do odbijania promieniowania słonecznego.

To uzasadnienie brzmi naiwnie. Ostatnia żyjąca na Ziemi populacja mamutów, która zasiedlała Wyspę Wrangla (Czukocki Okręg Autonomiczny) ok. 4 tys. lat temu, liczyła do tysiąca osobników. Taka liczebność okazała się niewystarczająca do podtrzymania populacji i zwierzęta wyginęły. Ile mamutów musielibyśmy stworzyć, żeby projekt miał ekologiczny sens? Ponadto noworodki trąbowców są bardzo wrażliwe. Przeciwciała z organizmu matki przenikają do płodu tylko w niewielkim stopniu, więc młode rodzą się niemal bez żadnej odporności (tę budują dopiero, pijąc siarę, czyli pierwsze mleko matki), co w dzisiejszym świecie mogłoby oznaczać ich wysoką śmiertelność.

Poza tym uczeni, którzy badali geny zwierząt żyjących na Wyspie Wrangla, ustalili, że jedną z przyczyn porażki tej populacji mogła być nieprawidłowa struktura ich sierści. Włosie mamutów stało się bardziej jedwabiste i lśniące – i prawdopodobnie nie chroniło odpowiednio przed chłodem. Skąd wiadomo, że sierść, którą odtworzymy u mamuto-słoni będzie odpowiednia? I co to znaczy – odpowiednia? Dostosowana do dawnych czy nowych warunków?

Ile podobnych drobnostek mogło zadecydować o sukcesie lub porażce włochatych gigantów? Czy ktokolwiek jest w stanie odtworzyć gatunki roślin, które te zwierzęta jadły, mikrobiom zasiedlający ich trzewia, pasożyty oddziałujące na ich odporność? Czym będą mamuto-słonie bez skomplikowanej sieci powiązań symbiotycznych, w których kiedyś funkcjonowały? I wreszcie: Czy ktokolwiek ma prawo odbierać współczesnym organizmom powiązania, które budowały przez lata? Może mamut stanie się kolejnym gatunkiem inwazyjnym?