Το τελευταίο μάλλινο μαμούθ περιπλανιόταν στην τεράστια αρκτική τούνδρα πριν από 4,000 χρόνια. Τα γονίδιά τους εξακολουθούν να ζουν σε ένα μεγαλοπρεπές ζώο σήμερα - τον ασιατικό ελέφαντα.

Με 99.6 τοις εκατό ομοιότητα στη γενετική τους σύνθεση, οι ασιατικοί ελέφαντες είναι το τέλειο σημείο εκκίνησης για ένα τολμηρό σχέδιο να φέρει το μαμούθ —ή κάτι κοντά του— από την εξαφάνιση. Το έργο, που λανσαρίστηκε από εταιρεία βιοτεχνολογίας Κολοσσιαίος το 2021, σήκωσε τα φρύδια για το γκολ του φεγγαριού.

Το συνολικό playbook ακούγεται απλό.

Το πρώτο βήμα είναι η αλληλουχία και η σύγκριση των γονιδιωμάτων του μαμούθ και του ελέφαντα. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες θα εντοπίσουν τα γονίδια πίσω από τα φυσικά χαρακτηριστικά -μακριά μαλλιά, λιπαρές αποθέσεις- που επέτρεψαν στα μαμούθ να ευδοκιμήσουν σε χαμηλές θερμοκρασίες και στη συνέχεια να τα εισαγάγουν σε κύτταρα ελεφάντων χρησιμοποιώντας επεξεργασία γονιδίων. Τέλος, η ομάδα θα μεταφέρει τον πυρήνα - ο οποίος φιλοξενεί το DNA - από τα επεξεργασμένα κύτταρα σε ένα ωάριο ελέφαντα και θα εμφυτεύσει το έμβρυο σε ένα παρένθετο.

Το πρόβλημα? Οι ασιατικοί ελέφαντες κινδυνεύουν με εξαφάνιση και τα κύτταρά τους —ειδικά τα αυγά— είναι δύσκολο να βρεθούν.

Την περασμένη εβδομάδα, η εταιρεία ανέφερε μια σημαντική λύση. Για πρώτη φορά, μεταμόρφωσαν κύτταρα δέρματος ελέφαντα σε βλαστοκύτταρα, το καθένα με τη δυνατότητα να γίνει οποιοδήποτε κύτταρο ή ιστός στο σώμα.

Η πρόοδος καθιστά ευκολότερη την επικύρωση των αποτελεσμάτων της γονιδιακής επεξεργασίας στο εργαστήριο πριν από τη δέσμευση για μια πιθανή εγκυμοσύνη - η οποία διαρκεί έως και 22 μήνες για τους ελέφαντες. Οι επιστήμονες θα μπορούσαν, για παράδειγμα, να πείσουν τα κατασκευασμένα βλαστοκύτταρα ελέφαντα να γίνουν τριχωτά κύτταρα και να δοκιμάσουν γονιδιακές τροποποιήσεις που δίνουν στο μαμούθ το εμβληματικό παχύ, ζεστό τρίχωμα του.

Αυτά τα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, ή iPSC, ήταν ιδιαίτερα δύσκολο να κατασκευαστούν από κύτταρα ελέφαντα. Τα ζώα «είναι ένα πολύ ιδιαίτερο είδος και μόλις αρχίσαμε να ξύνουμε την επιφάνεια της θεμελιώδους βιολογίας τους». είπε Η Δρ Εριόνα Χυσόλλη, επικεφαλής των βιοεπιστημών στο Colossal, στο α δελτίο τύπου.

Επειδή η προσέγγιση χρειάζεται μόνο δείγμα δέρματος από έναν ασιατικό ελέφαντα, προστατεύει πολύ το είδος που απειλείται με εξαφάνιση. Η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να υποστηρίξει τη διατήρηση των ζωντανών ελεφάντων παρέχοντας προγράμματα αναπαραγωγής με τεχνητά ωάρια που παράγονται από κύτταρα δέρματος.

«Οι ελέφαντες μπορεί να λάβουν το βραβείο «πιο δύσκολο να επαναπρογραμματιστεί»» είπε Ο Δρ Τζορτζ Τσερτς, γενετιστής του Χάρβαρντ και συνιδρυτής του Colossal, «αλλά το να μάθεις πώς να το κάνεις ούτως ή άλλως θα βοηθήσει πολλές άλλες μελέτες, ειδικά για είδη που απειλούνται με εξαφάνιση».

Γυρίστε πίσω το ρολόι

Πριν από σχεδόν δύο δεκαετίες, ο Ιάπωνας βιολόγος Δρ Σίνια Γιαμανάκα έφερε επανάσταση στη βιολογία αποκαθιστώντας τα ώριμα κύτταρα σε κατάσταση που μοιάζει με βλαστοκύτταρα.

Αποδείχθηκε για πρώτη φορά σε ποντίκια, η τεχνική που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ απαιτεί μόνο τέσσερις πρωτεΐνες, που μαζί ονομάζονται παράγοντες Yamanaka. Τα επαναπρογραμματισμένα κύτταρα, που συχνά προέρχονται από κύτταρα δέρματος, μπορούν να εξελιχθούν σε μια σειρά ιστών με περαιτέρω χημική καθοδήγηση.

Τα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (iPSC), όπως ονομάζονται, έχουν μεταμορφώσει τη βιολογία. Είναι κρίσιμα για τη διαδικασία κατασκευής εγκεφαλικών οργανοειδών -μικροσκοπικών σφαιρών νευρώνων που πυροδοτούν δραστηριότητα- και μπορούν να παρασυρθούν σε κύτταρα ωαρίων ή μοντέλα πρώιμων ανθρώπινα έμβρυα.

Η τεχνολογία είναι καθιερωμένη για ποντίκια και ανθρώπους. Όχι τόσο για τους ελέφαντες. «Στο παρελθόν, πολλές προσπάθειες για τη δημιουργία iPSC ελεφάντων δεν ήταν καρποφόρες», είπε ο Hysolli.

Τα περισσότερα κύτταρα ελεφάντων πέθαναν όταν αντιμετωπίστηκαν με την τυπική συνταγή. Άλλα μετατράπηκαν σε γηρασμένα κύτταρα «ζόμπι» - ζωντανά αλλά ανίκανα να εκτελέσουν τις συνήθεις βιολογικές τους λειτουργίες - ή είχαν μικρή αλλαγή από την αρχική τους ταυτότητα.

Περαιτέρω έρευνα βρήκε τον ένοχο: Μια πρωτεΐνη που ονομάζεται TP53. Γνωστή για την ικανότητά της να καταπολεμά τον καρκίνο, η πρωτεΐνη συχνά ονομάζεται γενετικός φύλακας. Όταν το γονίδιο για το TP53 είναι ενεργοποιημένο, η πρωτεΐνη προτρέπει τα προκαρκινικά κύτταρα να αυτοκαταστραφούν χωρίς να βλάψουν τους γείτονές τους.

Δυστυχώς, το TP53 εμποδίζει επίσης τον επαναπρογραμματισμό του iPSC. Μερικοί από τους παράγοντες Yamanaka μιμούνται τα πρώτα στάδια ανάπτυξης καρκίνου που θα μπορούσαν να προκαλέσουν την αυτοκαταστροφή των επεξεργασμένων κυττάρων. Οι ελέφαντες έχουν 29 αντίγραφα του γονιδίου «προστάτη». Μαζί, θα μπορούσαν εύκολα να στριμώξουν κύτταρα με μεταλλαγμένο DNA, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που έχουν επεξεργαστεί τα γονίδιά τους.

«Γνωρίζαμε ότι το p53 θα ήταν μεγάλη υπόθεση», Church είπε ο New York Times.

Για να ξεφύγει από τον θυρωρό, η ομάδα επινόησε ένα χημικό κοκτέιλ για να αναστείλει την παραγωγή TP53. Με μια επακόλουθη δόση των παραγόντων επαναπρογραμματισμού, κατάφεραν να φτιάξουν τα πρώτα iPSCs ελέφαντα από κύτταρα δέρματος.

Μια σειρά δοκιμών έδειξε ότι τα μετασχηματισμένα κύτταρα έμοιαζαν και συμπεριφέρονταν όπως αναμενόταν. Είχαν γονίδια και πρωτεϊνικούς δείκτες που παρατηρούνται συχνά σε βλαστοκύτταρα. Όταν αφέθηκαν να αναπτυχθούν περαιτέρω σε ένα σύμπλεγμα κυττάρων, σχημάτισαν μια δομή τριών στρωμάτων κρίσιμη για την πρώιμη ανάπτυξη του εμβρύου.

«Πραγματικά περιμέναμε αυτά τα πράγματα απεγνωσμένα», Church είπε Φύση. Η ομάδα δημοσίευσε τα αποτελέσματά της, τα οποία δεν έχουν ακόμη αξιολογηθεί από ομοτίμους, στον διακομιστή προεκτύπωσης bioRxiv.

Μακρύς δρόμος μπροστά

Το τρέχον βιβλίο παιχνιδιού της εταιρείας για την επαναφορά του μαμούθ βασίζεται σε τεχνολογίες κλωνοποίησης και όχι σε iPSC.

Αλλά τα κύτταρα είναι πολύτιμα ως υποκατάστατα για κύτταρα ωαρίων ελεφάντων ή ακόμα και έμβρυα, επιτρέποντας στους επιστήμονες να συνεχίσουν το έργο τους χωρίς να βλάψουν τα απειλούμενα ζώα.

Μπορούν, για παράδειγμα, να μετατρέψουν τα νέα βλαστοκύτταρα σε κύτταρα ωαρίων ή σπερματοζωαρίων — ένα κατόρθωμα μέχρι στιγμής επιτυγχάνεται μόνο σε ποντίκια—για περαιτέρω γενετική επεξεργασία. Μια άλλη ιδέα είναι να τα μετατρέψουμε απευθείας σε δομές που μοιάζουν με έμβρυο εξοπλισμένες με γονίδια μαμούθ.

Η εταιρεία εξετάζει επίσης την ανάπτυξη τεχνητές μήτρες για να βοηθήσουν στην ανατροφή τυχόν επεξεργασμένων εμβρύων και ενδεχομένως στην ολοκλήρωσή τους. Το 2017, μια τεχνητή μήτρα γέννησε ένα υγιές αρνί, και οι τεχνητές μήτρες είναι τώρα προχωρώντας προς τις ανθρώπινες δοκιμές. Αυτά τα συστήματα θα μειώσουν την ανάγκη για υποκατάστατα ελεφάντων και θα αποφύγουν να θέσουν σε κίνδυνο τους φυσικούς αναπαραγωγικούς τους κύκλους.

Καθώς η μελέτη είναι προεκτύπωση, τα αποτελέσματά της δεν έχουν ακόμη ελεγχθεί από άλλους ειδικούς στον τομέα. Πολλά ερωτήματα παραμένουν. Για παράδειγμα, διατηρούν τα επαναπρογραμματισμένα κύτταρα την κατάσταση των βλαστοκυττάρων τους; Μπορούν να μετατραπούν σε πολλαπλούς τύπους ιστού κατά παραγγελία;

Η αναβίωση του μαμούθ είναι ο απώτερος στόχος του Colossal. Αλλά ο Δρ. Vincent Lynch στο Πανεπιστήμιο του Buffalo, ο οποίος έχει προσπαθήσει εδώ και καιρό να φτιάξει iPSC από ελέφαντες, πιστεύει ότι τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να έχουν ευρύτερη εμβέλεια.

Οι ελέφαντες είναι εξαιρετικά ανθεκτικοί στον καρκίνο. Κανείς δεν ξέρει γιατί. Επειδή τα iPSC της μελέτης είναι απαλλαγμένα από το TP53, ένα γονίδιο που προστατεύει τον καρκίνο, θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να εντοπίσουν τον γενετικό κώδικα που επιτρέπει στους ελέφαντες να καταπολεμούν όγκους και ενδεχομένως να εμπνεύσουν νέες θεραπείες και για εμάς.

Στη συνέχεια, η ομάδα ελπίζει να αναδημιουργήσει χαρακτηριστικά μαμούθ -όπως μακριά μαλλιά και λιπαρές αποθέσεις- σε κυτταρικά και ζωικά μοντέλα κατασκευασμένα από γονιδιακά επεξεργασμένα κύτταρα ελεφάντων. Αν όλα πάνε καλά, θα χρησιμοποιήσουν μια τεχνική όπως αυτή που χρησιμοποιήθηκε για την κλωνοποίηση της Ντόλι του προβάτου για να γεννήσει τα πρώτα μοσχάρια.

Το αν αυτά τα ζώα μπορούν να ονομαστούν μαμούθ είναι ακόμα προς συζήτηση. Το γονιδίωμά τους δεν θα ταιριάζει ακριβώς με τα εξαφανισμένα είδη. Επιπλέον, η βιολογία και η συμπεριφορά των ζώων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον. Το κλίμα μας έχει αλλάξει δραματικά από τότε που εξαφανίστηκαν τα μαμούθ πριν από 4,000 χρόνια. Η Αρκτική τούνδρα -το παλιό τους σπίτι- λιώνει γρήγορα. Μπορούν τα αναστημένα ζώα να προσαρμοστούν σε ένα περιβάλλον στο οποίο δεν ήταν προσαρμοσμένα να περιφέρονται;

Τα ζώα μαθαίνουν επίσης το ένα από το άλλο. Χωρίς ένα ζωντανό μαμούθ για να δείξει σε ένα μοσχάρι πώς να είναι μαμούθ στο φυσικό του περιβάλλον, μπορεί να υιοθετήσει ένα εντελώς διαφορετικό σύνολο συμπεριφορών.

Η Colossal έχει ένα γενικό σχέδιο για να αντιμετωπίσει αυτά τα δύσκολα ερωτήματα. Εν τω μεταξύ, το έργο θα βοηθήσει το έργο να προχωρήσει χωρίς να θέσει σε κίνδυνο τους ελέφαντες, σύμφωνα με Εκκλησία.

«Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα» είπε Ben Lamm, συνιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της Colossal. «Κάθε βήμα μας φέρνει πιο κοντά στους μακροπρόθεσμους στόχους μας να επαναφέρουμε αυτό το εμβληματικό είδος».

Image Credit: Κολοσσιαία βιοεπιστήμονα

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2024/03/12/colossal-creates-elephant-stem-cells-for-the-first-time-in-quest-to-revive-the-woolly-mammoth/