Как превратить полученную геномную последовательность в живой организм?

Если мы дошли до этапа, на котором оцениваем возможность создания живого организма, значит, предположительно, нам удалось собрать его геномную последовательность (или ее часть), пусть это и было тяжело. Теперь нам нужно превратить эту вереницу букв в живой организм. Но как?

Не существует единого для всех организмов пути от генома к живому существу. Некоторые геномы, в частности, бактерий или вирусов, обычно не нужно сильно подталкивать к тому, чтобы они начали вести себя как живые. Другие же геномы и близко не стоят к превращению в живое существо.

Обдумывая возрождение вымершего вида, мы обычно рассматриваем два возможных пути. Первый относится к тому, что имеет в виду большинство людей, говоря о клонировании. Чтобы клонировать овцу Долли в 1996 году, ученые из Рослинского института, подразделения Эдинбургского университета в Шотландии, взяли у взрослой овцы небольшой образец ткани молочной железы, содержащей живые клетки, и использовали ДНК этих клеток для создания точной копии животного. Этот процесс называется соматическим ядерным переносом, или просто ядерным переносом. Позже я объясню, как он работает, но пока достаточно знать, что использование этой технологии для возвращения к жизни большого числа вымерших видов маловероятно. К сожалению, для клонирования путем ядерного переноса нужно иметь неповрежденные клетки. Если образец ткани не был взят у живого представителя вида до того, как этот вид вымер, ядерный перенос не сработает. Если мы имеем дело с видом, геном которого нам придется секвенировать и собирать заново, нам понадобится другой подход.

Другой способ создания живого организма пугающим образом напоминает фильм «Парк юрского периода». Как и должно, по всей вероятности, происходить в реальных проектах по возрождению вымерших видов, ученые из «Парка юрского периода» смогли восстановить лишь участки генома динозавров – в фильме они выделили их из крови, обнаруженной в останках застывших в янтаре комаров. Недостающие участки генома динозавра ученые восполнили с помощью ДНК лягушки. К сожалению, они не могли заранее знать, какие участки ДНК важны для того, чтобы животное выглядело и вело себя как динозавр, а какие – просто мусор. Мы можем только предположить, будто эти выдуманные ученые надеялись, что промежутки, заполненные чужеродной ДНК, в основном относятся к незначимым участкам генома. Но, разумеется, они ошиблись, и какой-то фрагмент лягушачьей ДНК позволил восстановленным динозаврам чудесным образом изменять пол, что привело к катастрофе и 400 миллионам долларов кассовых сборов.

Настоящие ученые, занимающиеся возрождением вымерших видов, пытаются узнать, какие участки генома отвечали за то, чтобы представители вымершего вида выглядели и вели себя именно так, как они это делали. В этом случае мы сможем найти соответствующие ключевые участки в геноме их близкого живого родственника, убрать их и поставить на их место участки генома вымершего животного.

Разумеется, на словах все это выглядит намного проще, чем в жизни.

Предположим, мы собираемся возродить мамонта и для этого хотим отредактировать слоновий геном таким образом, чтобы он больше походил на мамонтовый. Для начала нам придется определить все различия между геномами мамонта и слона. Затем, поскольку может оказаться слишком сложным внести все изменения сразу (по меньшей мере, в первых экспериментах), нужно будет определить более узкий круг необходимых поправок, решив, какие различия важны. К примеру, мы выясним, что у мамонтов и слонов отличается ген UCP1, кодирующий разобщающий белок в митохондриях клеток бурой жировой ткани. Эксперименты на мышах показали, что белок UCP1 участвует в терморегуляции. Поскольку мамонты, в отличие от слонов, жили в очень холодной местности, мы можем предположить, что мамонтовая версия этого гена помогала им согреваться. Наша цель состоит в том, чтобы превратить слона в животное, способное выжить в холодном климате, и преобразование слоновьей версии этого гена в мамонтовую должно помочь нам достичь цели. Итак, мы создаем молекулярный инструмент, который сможет проникнуть в клетку слона, обнаружить участок генома, соответствующий гену UCP1, и отредактировать его таким образом, чтобы он стал похож на мамонтовую версию.

Все, что нам нужно для создания полного генома мамонта, – это повторить описанный шаг для каждого значимого различия между мамонтом и слоном.

Далее мы берем клетку с отредактированным геномом и вводим его в яйцеклетку, из которой предварительно удалили ядро. Эта клетка начинает делиться и превращается в эмбрион, – все как при уже знакомом нам процессе клонирования путем ядерного переноса. Затем мы имплантируем этот эмбрион в матку суррогатной матери, где он продолжает развиваться, и, наконец, на свет рождается детеныш.

Может показаться, что последний этап, на котором представитель одного вида развивается в матке представителя другого вида, не вызовет особых затруднений. Однако этот шаг тоже следует хорошо продумать. Представим себе проект по возрождению стеллеровой коровы. Ближайший живущий родственник стеллеровой коровы и, следовательно, наиболее вероятный кандидат в ее суррогатные матери – дюгонь, период беременности у него составляет 13–14 месяцев, после чего на свет рождается единственный детеныш. Новорождённые дюгони весят около 30 килограммов и в длину достигают чуть более метра – около ⅓—½ длины взрослой особи. Если соотношение размеров новорождённой и взрослой особи у стеллеровой коровы такое же, то новорождённый детеныш будет достигать 3–6 метров в длину. Это больше, чем длина тела его суррогатной матери.

Чтобы преодолеть это препятствие, можно было бы сконструировать гигантскую искусственную матку для вынашивания морской коровы. Или все же для восстановления необходим вид, для которого найдется более подходящий вариант суррогатной матери.