Жизнь, которую мы создали. Как пятьдесят тысяч лет рукотворных инноваций усовершенствовали и преобразили природу - Бет Шапиро

когда он готов перейти за грань вымирания. Она доказывает пользу таких методов сохранения видов, как разведение в неволе, искусственное осеменение (или опыление) и переселение. Беда в том, что, несмотря на все достижения, черноногие хорьки по-прежнему находятся под угрозой. Разведение в неволе позволило в целом сохранить изначальное генетическое разнообразие, но тем не менее все ныне живущие черноногие хорьки происходят от семи предков из одной популяции, так что это изначальное разнообразие было не слишком велико. Когда зверьков выпускают на волю, они живут маленькими популяциями, что приводит к дальнейшему близкородственному скрещиванию и еще сильнее снижает разнообразие. Кроме того, в дикой природе черноногие хорьки подвержены туляремии и чумке. Хотя отдельных особей можно прививать, программа сохранения вида, предполагающая отлов и вакцинацию, не дает устойчивости. Черноногие хорьки спасены от почти неминуемого вымирания, но если мы хотим исключить их из списка исчезающих видов, нам нужны новые технологии.

К счастью, такие технологии у нас, похоже, уже есть.

Похоже, в наших силах привнести в популяцию черноногих хорьков разнообразие, непосредственно воспользовавшись приемами, которые лежат в основе идей воссоздания видов. Замороженный зоопарк – как отделение Института природоохранных исследований Сан-Диего, – начиная с семидесятых годов прошлого века собирает и хранит ткани исчезающих видов. Коллекция Замороженного зоопарка, содержащаяся при бодрящей температуре минус 200 °C, включает и яйцеклетки, сперму и эмбрионы, а также культуры замороженных клеток, которые можно разморозить, оживить и вырастить. Эти живые клетки несут в себе генетическое разнообразие прошлого и подходят для клонирования. В коллекции Замороженного зоопарка есть и два черноногих хорька, самец и самка, чьи клетки биологи-специалисты по охране природы собрали и заморозили в восьмидесятые. Среди сегодняшних черноногих хорьков не сохранилось ни одного их потомка.

Однако внесения в популяцию разнообразия путем клонирования, вероятно, недостаточно, чтобы спасти черноногих хорьков от вымирания, если в естественной среде они по-прежнему заражаются туляремией. К счастью, и здесь можно найти выход из положения, опять же позаимствовав идею из области воссоздания вымерших видов. Подобно тому, как ученые могли бы придать черты мамонтов индийским слонам, чтобы те выживали в холодных широтах, черноногим хорькам можно придать устойчивость к туляремии, чтобы они выживали в эпидемиологически опасных районах. В этом случае гены устойчивости к туляремии не обязательно искать у вымерших видов. Можно взять близкого эволюционного родственника черноногих хорьков, домашнего хорька, который полностью невосприимчив к туляремии. А можно взять мышей – они с хорьками состоят в более дальнем родстве, но тоже приобрели устойчивость к туляремии. Как только мы поймем, какие генетические особенности обеспечивают эту устойчивость, мы сможем передать ее черноногим хорькам методами генной инженерии, и они тоже перестанут болеть.

Технологии редактирования генома черноногих хорьков уже существуют. Это те же технологии, при помощи которых ученые редактировали геномы культурных растений и домашних животных, стремясь обеспечить им устойчивость к болезням и гербицидам или, скажем, комолость. Задача в том, чтобы выяснить, какой участок генома редактировать. Это непросто, но общая идея понятна. Нужно секвенировать геномы домашних хорьков, мышей и черноногих хорьков, сравнить их и найти отличия. Особенно нас будут интересовать гены, задействованные в иммунной системе, поскольку именно они, скорее всего, отвечают за устойчивость к болезням. Одновременно ученые должны на основании лабораторных систем клеточных культур (а не на живых животных) изучить процесс взаимодействия туляремии с клетками иммунной системы при заражении. Генетические анализы и лабораторные исследования помогут сузить круг генов-кандидатов – генов, которые могут обеспечивать иммунитет к болезни. Затем ученые пройдутся по этому списку при помощи инструментов синтетической биологии, меняя по одному гену-кандидату в геноме за раз и проверяя последствия каждой модификации, пока какая-то из них не сработает. В результате этого процесса будет создан генно-инженерный черноногий хорек, идентичный современным черноногим хорькам, разведенным в неволе, во всем, кроме одного: он не будет болеть туляремией.

Эта работа уже началась. В 2018 году некоммерческая организация Revive & Restore, цель которой – способствовать биотехнологическим решениям природоохранных задач, получила разрешение Управления по охоте и рыболовству США на то, чтобы рассмотреть, какие методы синтетической биологии помогут спасти черноногих хорьков от вымирания. В сотрудничестве с Зоопарком Сан-Диего, ViaGen и несколькими партнерами из мира науки компания оценила, годятся ли для клонирования клетки из Замороженного зоопарка, и начала эксперименты, чтобы определить, какие изменения в геноме обеспечат наследуемую устойчивость к туляремии. В декабре 2020-го родился детеныш черноногого хорька – клон самки Уиллы, чьи клетки были заморожены в 1983 году. Клонированную самочку назвали Элизабет Энн – вместе с ней количество основателей популяции в неволе достигло восьми; ей предстоит сделать долгожданный и очень важный вклад в генетическое разнообразие популяции.

Хотя это всего лишь первый шаг в процессе научных исследований, экспериментов и одобрения (а процесс этот обещает быть долгим), можно считать его большой победой для черноногих хорьков и их генетического спасения. Кроме того, это первый шаг к созданию устойчивой популяции черноногих хорьков, иммунных к туляремии, которые когда-нибудь будут рыскать по Северо-Американскому континенту в поисках луговых собачек.

Итак, предвиденные последствия генного модифицирования черноногих хорьков очевидны: спасти их от вымирания, обеспечив иммунитет к болезни, которая их убивает. Но как насчет предвиденных последствий? Скажем, вдруг процесс редактирования или сами модификации вызовут какие-то сложности с экспрессией генов или развитием животного? Что ж, если при редактировании генома произойдут ошибки, которые сломают тот или иной ген или еще как-то навредят черноногим хорькам, эти особи будут отбракованы из популяции естественным отбором. А поскольку туляремия уже отбраковывает черноногих хорьков из мира живых, хуже, чем сейчас, точно не будет.

Но вдруг модифицированные гены просочатся в окружающую среду? Этим вопросом обязательно нужно задаваться при разработке любого проекта, предполагающего, что ГМО придется выпустить в естественную среду, поскольку риск, что гены проникнут в среду, зависит от репродуктивной стратегии организма. Некоторые линии сосуществуют с близкородственными линями и могут с ними, например, скрещиваться, а это откроет для модифицированной ДНК двери в другую линию – не в ту, для которой ее разрабатывали.

Самый близкий родственник черноногого хорька – степной хорек. Степные хорьки могли бы скрещиваться с черноногими, но не скрещиваются, потому что ареалы их обитания разделены Беринговым проливом. Домашние хорьки – тоже близкие родственники черноногих, и если они никогда не скрещивались между собой (а нам такие случаи неизвестны), из этого не следует, что подобное не случится в будущем. Если домашний хорек оставит уютный дом и благополучно доберется до какого-нибудь городка луговых собачек, у него, вероятно, будет возможность спариться с черноногим хорьком. Но и в такой маловероятной ситуации вряд ли произойдет