Научни новини: Вълнести мишки, свирепи вълци и нови цветове

Завръщане на изчезнали видове или маркетингова кампания?

Вълнестият мамут е един от най-добре проучените изчезнали видове поради множеството открити негови останки. Популациите на впечатляващото животно започват да намаляват преди около 10 000 години с масовото измиране на мегафауната в края на плеистоцена. Смята се, че последната малка популация е живяла на полярния остров Врангел преди около 4000 години – тогава пирамидите в Гиза вече са били построени. Според някои хипотези за изчезването му принос има и засиленият лов от човека.

За разлика от по-древните животни, които познаваме само от фосилизираните им останки, за анатомията на вълнестия мамут се знае много – някои образци са толкова добре запазени в пермафроста, че дори в един от тях е открита течна кръв. Наличието на дълбоко замразени тъкани не само улеснява сглобяването на генома им, но дори дава възможност за разглеждане на триизмерната му структура.

Още първите разработки, свързани с генома на мамута, пораждат интерес у генетика Джордж Чърч и той започва да работи върху възстановяването на вида. Така през 2015 г. екипът му успява да направи промени в 15 гена на най-близкия жив родственик на изчезналия вид – азиатския слон. В следващите няколко години броят им се увеличава и според новини от 2017 г. в редактираните клетки има 45 гена, които са със секвенцията на вълнестия мамут. За съжаление, тези експерименти не са публикувани в научен журнал и точната методология и получените резултати не са достъпни.

Стъпвайки на тези разработки, през 2021 г. Чърч основа компанията Colossal Biosciences с основен фокус завръщането на изчезнали видове. Един от тях е тасманийският вълк, който е унищожен от хората, а последният екземпляр загива в зоологическа градина през 1936 г. Миналата година от Colossal съобщиха, че геномът му вече е секвениран почти напълно и започва активна работа по възстановяването на животното.

Но тази година в рамките на два месеца компанията попадна два пъти в новинарските емисии, предизвиквайки доста вълнение с живи образци на редактирани животни. 

Миналия месец бяха публикувани снимки на вълнеста мишка (наречена така от компанията), обявена като първа стъпка към връщането на вълнестия мамут. Малките гризачи имат впечатляващ външен вид със своята дълга златиста козина. Уви, под нея се крият генетични редакции, които само са вдъхновени от изчезналия гигант.

За да променят козината на мишките, учените използват дълбоките познания за генома им и правят редакции в гени, които са отговорни за белези, свързани с окосмяването. Например Fgf5 контролира дължината на космите, Fam83g и Tgfa отговарят за къдравия им вид, а Mc1r регулира синтеза на пигменти. Постижението определено заслужава внимание от технологична гледна точка, защото показва силата на CRISPR за извършване на няколко редакции едновременно – в симпатичните мишки са манипулирани седем гена. Но редакциите са от „по-лесните“ – т.нар. knock-out, които причиняват мутации, нарушаващи функцията на даден ген. Така ефективно мишките са променени, за да изглеждат като вълнестия мамут, но в тях няма ДНК от него.

За създаване на хибрида между мамут и слон пред учените стои много по-трудна задача. Те трябва да променят множество гени, като редакциите няма да са свързани с изключването им, а с промени на техните секвенции, които в някои случаи може да са осезаеми и екстензивни. Част от тази работа вече е свършена, но не е ясно колко допълнителни намеси в генома ще са нужни. Въпреки че наличните инструменти за модификация на генома се развиват бързо, възможността за извършване на няколко намеси наведнъж все още е ограничена. Освен това тяхната ефективност не е толкова висока – налага се времеемко преглеждане на редактираните клетки, за да се установи кои носят желаните редакции.

Към момента плановете са първите мамутчета да бъдат родени през 2028 г., което е доста амбициозна цел – само износването им от майките ще отнеме 22 месеца, което означава, че учените разполагат с около една година да направят нужните редакции и да подготвят ембриони за имплантиране.

Докато вълненията около мишките все още не бяха утихнали, в мащабна пиар кампания фирмата съобщи за „завръщането на свирепия вълк“ – вид, също изчезнал в края на плеистоцена. Най-близкият му родственик е сивият вълк, но от скелетите им става ясно, че той е бил по-голям и е имал значително по-силна захапка – очаквано за хищник, ловуващ по-дребни представители на мегафауната.

Достъпната информация за генома им е оскъдна – през 2021 г. международен екип публикува статия за секвенирането на пет проби, но за съжаление, с много ниско покритие. Colossal изтъкват това в специална секция на сайта си, където сравняват тези резултати със своите – шестима учени успяват да секвенират почти пълен геном от две проби. Според компанията, базирайки се на тези два генома, за „превръщане“ на сивия вълк в свиреп са нужни редакции само на 20 локуса (участъка) в 14 гена. Това повдига известни съмнения, понеже според публикуваното на сайта им отделянето на двата вида е настъпило преди около 3 млн. години – време, за което в геномите се натрупват много разлики. Уви, анализът на компанията не е публичен и затова към момента твърдението не може да се провери.

Но голямата гордост на Colossal не са тези анализи, а три вълчета – мъжките Ромул и Рем и женската Калиси, която е с три месеца по-малка от тях. Компанията не споделя какви редакции са направени в тях, и дава оскъдна информация на сайта си, както и на журналисти, но видимите разлики с обикновените вълци са основно по-големият им размер и бялата козина.

Както и при мишките, тези два белега са намеси в генома на сивия вълк, а не привнесени от ДНК на изчезналия вид. Генът за размер, който са манипулирали учените, се нарича LCORL. Интересното е, че неговата активност намалява размера и при други видове (хора, прасета, кучета и др.). Намаляването на действието му чрез нарушаване на един от функционалните участъци на протеина води до по-голям размер на редактираните вълци. Много е вероятно промяната в цвета на козината също да се дължи на нарушаване на синтеза на меланини. Както и при вълнестите мишки, в генома на трите животни няма древна ДНК – намесите са направени по начин, който ги доближава до нея.

Всичко това не значи, че редактираните животни не са впечатляващо постижение. Учените от компанията имат много добри резултати в редица проекти и в разнообразни процедури. Дори само секвенирането на генома на свирепия вълк може да бъде ценен принос за науката, ако бъде споделен. Разработените протоколи за множествени редакции също изглеждат изключително оптимизирани.

Но от наличната информация скептицизмът към работата на компанията донякъде е оправдан – немалка част от разработките ѝ не се публикуват и не са достъпни за рецензия. Наред с това използваният език е прекалено оптимистичен и звучи по-скоро като продукт на маркетинг – получените животни няма как да се определят като „истински“ вълнести мамути или свирепи вълци. В най-добрия случай те ще могат да бъдат разглеждани като хибриди, а за по-критичния научен поглед ще са по-скоро слонове или вълци, в които са направени генетични редакции или са вмъкнати участъци от ДНК на друг вид – трансгенни животни. Нещо, което се прави и в момента за фундаментални изследвания.

Освен това се създава и погрешното впечатление, че тези изчезнали видове могат да бъдат възстановени напълно, което е опасно от консервационна гледна точка. Не на последно място, има и етични съображения. Слоновете са изключително интелигентни животни с много силна стадна динамика, поради което най-вероятно единични екземпляри няма да се чувстват добре сами. Като се вземат предвид дългата бременност при слоновете и неясната успеваемост на процедурата, създаването на достатъчно големи стада ще отнеме значително време и ресурси.

От друга страна, компанията очевидно грабва въображението на хората с новините за рунтави гризачи и свирепи вълци, помагайки за приемането на генните манипулации като нещо, което не е страшно и може да бъде полезно дори и от екологична гледна точка. Също така част от разработките все пак се публикуват, което може да донесе ползи в областта на генетичните редакции. Някои от техниките имат потенциал за приложение в медицината за генни терапии или за по-сложни редакции с цел фундаментални изследвания.

Времето ще покаже дали Colossal ще успеят да постигнат целта си и как точно ще бъдат приети новите животни от научните среди, които засега са по-скоро скептични, и на фона на вълнението на широката публика. 

Невиждан цвят

Възприемането на различни цветове е донякъде субективно. Но в основата си то се базира на система, която е добре проучена на физиологично ниво. В очите ни има два вида клетки, отговарящи за създаване на картината, която виждаме – пръчици, които не различават цвета, а само силата на светлината, и конуси, които правят разлика между отделните цветове.

Пръчиците са много по-чувствителни и многобройни (около десет пъти повече) и отговарят за зрението ни при оскъдна светлина. Конусите се делят на три разновидности в зависимост от дължината на вълната, която улавят най-добре – S, M, L (short, medium, long), съответно за синя, зелена и червена светлина (трицветно зрение). Всеки от пигментите в тях има определен пик, при който се активират най-интензивно, но те могат да улавят с по-нисък интензитет и светлина с близка дължина на вълната. Сигналите от активацията на тези клетки се предават към мозъка, той ги интерпретира и създава картината, която виждаме. Това ни позволява да различаваме около милион нюанса на цветовете.

Но поради припокриването между сигналите, особено на клетките за зелено и червено (M и L), на практика е невъзможно да видим зелено, без към него мозъкът ни да „добави“ и известно количество жълто. Ето защо на практика е невъзможно да видим „истинско зелено“, тъй като няма естествен начин да се стимулират само един тип клетки. Това се променя с нова методология, наречена от изобретателите си Oz, с помощта на която петима доброволци са видели невиждан до момента нюанс на зеленото.

Процедурата е изключително сложна и високотехнологична. Първата стъпка е пълно картиране на ретиновата мозайка на доброволците. По този начин изследователите получават информация за разположението на различните клетки в ретините им. След това участниците поставят главите си в специална установка, където има място, което захапват – така могат да държат главата и съответно очите си почти неподвижни в пространството. И тук става магията – софтуер, наречен Wizard, следи микроскопичните и неволни движения на очите, като същевременно насочва прецизно специален лазер, така че светлината му да попада само в предварително избрани клетки, в случая M конуси.

Новият цвят, наречен от учените olo (от компютърното представяне на активация само на M конусите – 0, 1, 0), е описан от участниците в изследването като синьо-зелено, морскосиньо, зелено, но с много по-силен интензитет от обичайните им нюанси.

Като всяка изключително сложна система и Oz, въпреки своя магьосник, има своите недостатъци. Тъй като броят на M конусите е изключително голям, е много трудно лазерът да се насочи към всеки от тях. Поради това размерът на цветното петно, което виждат доброволците, е сравнително малко – колкото монета от 1 лев, гледана от една ръка разстояние. По-сериозният проблем е, че въпреки следенето на движението на очите и прецизното насочване на лазера, около 60% от излъчената светлина попада в други клетки. Все пак според изчисленията на учените, потвърдени емпирично от наблюденията на участниците в изследването, цветът е извън границите на обичайното ни възприятие. Това прави бъдещото подобрение на технологията още по-интригуващо, защото, ако разсейването на светлината се намали и наистина се активират само един тип клетки, то цветът ще е още по-наситен.

Макар и на пръв поглед да изглежда така, разработената система не е просто високотехнологична играчка. Екипът, създал Oz и Wizard, смята, че интересното тепърва предстои. Системата може да се използва за различни експерименти, свързани с работата на зрението ни и с възприятието на цветовете. По-амбициозната цел е с помощта на подобрена установка, която може да покрие цялото зрително поле, да се помогне на хора с цветна слепота. Това е стъпка към трайно възстановяване на коректното трицветно виждане при тях. 

Вече има експерименти с примати, при които във възрастни екземпляри с червено-зелена слепота с помощта на генна терапия е добавен трети пигмент. От проведените тестове процедурата изглежда успешна – маймуните успешно различават предмети, които преди това са приемали за еднакви. Този експеримент показва, че подобна терапия може да се приложи и при хора. Но все още има много неясноти – маймуните все пак не могат да споделят възприятията си с учените, поради което не се знае как точно се справя мозъкът при внезапната поява на нов сигнал в зрителната система.

Именно тук от полза би била подобрена версия на Oz – конусите могат да бъдат разделени, така че да получават различна цветова информация, давайки възможност да се изследва пластичността на мозъка без драстични намеси. Ако се окаже, че той се адаптира лесно към подобна промяна, на практика ще е възможно разделянето на конусите ни на допълнителни подвидове, което да позволи тетра- или повече цветно зрение. Това би отворило вратите към напълно нов свят на цветно възприятие.