Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda zgromadzili pierwszy niemal kompletny genom małego buszu moa, bezlotnego ptaka, który wymarł wkrótce po tym, jak Polinezyjczycy zasiedlili Nową Zelandię pod koniec XIII wieku. Osiągnięcie to przybliża dziedzinę wymarłych genomów do celu „de-ekstynkcji” – przywrócenia do życia wymarłych gatunków poprzez wsunięcie genomu do jaja żywego gatunku, jak w „Jurassic Park”.
„Prawdopodobieństwo wyginięcia wzrasta wraz z każdym ulepszeniem analizy starożytnego DNA”, powiedział Stewart Brand, współzałożyciel grupy non-profit zajmującej się ochroną przyrody Revive and Restore, która ma na celu wskrzeszenie ginących gatunków, w tym gołębia pasażerskiego i mamuta wełnistego, których genomy zostały już w większości poskładane razem.
Dla moa, którego DNA zostało zrekonstruowane z kości palca okazu muzealnego, może to wymagać trochę więcej genetycznego majstrowania i dużo jajka: 6-calowe, jednofuntowe, które składają emusy, może być po prostu dobrym rozwiązaniem.
Reklama
Praca nad małym moa z buszu nie została jeszcze opublikowana w czasopiśmie (badacze zamieścili nierecenzowaną pracę na publicznej stronie), ale koledzy z małego świata wymarłych genomów śpiewali jej pochwały. Morten Erik Allentoft z Natural History Museum of Denmark, ekspert w dziedzinie DNA moa i innych wymarłych genomów, nazwał to „znaczącym krokiem naprzód”. Beth Shapiro z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, która prowadziła badanie z 2017 roku rekonstruujące genom gołębia pasażerskiego, nazwała to „super fajnym”, ponieważ „daje nam wymarły genom na gałęzi ewolucyjnej, gdzie wcześniej nie mieliśmy żadnego.”
To, że montaż wymarłego genomu jest rozpowszechniany jak naukowy samizdat, nie jest niczym niezwykłym w tej dziedzinie. Czasopisma wymagają od prac czegoś więcej niż „oto jest”, powiedział Ben Novak, współautor badań nad gołębiem pasażerskim. „Liczba, która została faktycznie wykonana jest prawdopodobnie czterokrotnie wyższa” od czterech lub pięciu wymarłych genomów formalnie zgłoszonych, „ale wyniki po prostu siedzą w laboratoriach ludzi.”
Prawie kompletne wymarłe genomy obejmują dwóch krewnych człowieka, neandertalczyków i denisowian, oprócz mamuta wełnistego i gołębia pasażerskiego. Podobna do zebry quagga była pierwszym wymarłym gatunkiem, którego DNA zostało zsekwencjonowane, jeszcze w genomicznej epoce kamienia łupanego w 1984 roku, ale nie jest to zgodne z nowoczesnymi standardami.
reklama
Naukowcy są również bliscy zrekonstruowania genomów dodo, bezlotnego ptaka, który wyginął z Mauritiusa, swojego jedynego domu, w późnych latach 1600; oraz auk, który żył na północnym Atlantyku, zanim wymarł w połowie XIX wieku. W zeszłym miesiącu naukowcy z Australii odsłonili genom tygrysa tasmańskiego, który jako ostatni zmarł w niewoli w 1936 r.
W każdym przypadku kroki były podobne. Naukowcy pobierają próbki tkanek z okazów muzealnych: Muzea Wiktorii w Melbourne w Australii miały wielkie tygrysy tasmańskie, na przykład, podczas gdy Królewskie Muzeum Ontario w Toronto miało ładną kość palca od małego buszu moa. Następnie wyodrębnia się DNA. Jest ono prawie zawsze tak bardzo pofragmentowane jak rozbity puchar wina, ponieważ „rozkład DNA zaczyna się w ciągu kilku dni od śmierci” – powiedział Shapiro z UCSC.
Na szczęście to nie jest problem. Dzisiejsze wysokowydajne sekwencery genomowe działają najlepiej na DNA o długości od kilku do kilkuset nukleotydów – ikonicznych liter A, T, C i G, z których składa się DNA.
Trudną częścią jest ustalenie, gdzie te kawałki znajdują się w genomie: na których chromosomach i w jakiej kolejności. Aby to zrobić, Alison Cloutier z Harvardu i reszta zespołu z małego buszu moa (który odmówił rozmowy na temat pracy przed jej formalną publikacją) wzięli 900 milionów nukleotydów, rozrzuconych po milionach kawałków DNA, i próbowali dopasować je do konkretnych miejsc w genomie emu, bliskiego krewnego wszystkich dziewięciu gatunków moa.
To pozwoliło naukowcom uzyskać około 85 procent genomu we właściwym miejscu. „Pozostałe 15 procent znajduje się w ich danych, ale jest trudne do zorganizowania przy użyciu genomu emu,” powiedział Novak. Przekształcenie maleńkich kawałków DNA w kompletny genom „było niezwykle trudne. Fakt, że udało im się uzyskać genom z małej kości palca krzewu moa to wielka sprawa, ponieważ teraz możemy być w stanie wykorzystać ich dane do badania innych wymarłych gatunków ptaków.”
To dlatego, że genomy ptaków, w tym ośmiu innych (wszystkich wymarłych) gatunków moa, mają podobną strukturę. To znaczy, geny dla poszczególnych cech mają tendencję do bycia na tym samym chromosomie i ułożone w stosunku do innych genów w podobny sposób. Im więcej wskazówek, jak zorganizować kawałki genomu, które sekwenator wypluwa, tym lepiej.
Dla gołębia pasażerskiego, na przykład, Shapiro i jej zespół paleogenomiki użył genomu gołębia band-tailed, aby dowiedzieć się, jak zorganizować ich krótkie sekwencje DNA. Próbuje ona zrobić coś podobnego dla dodo, używając genomu gołębia nikobarskiego (najbliższego żyjącego gatunku) jako wzorca.
To „niezwykle trudne”, aby uzyskać właściwą organizację genomu, powiedział Charlie Feigin, pracownik naukowy na Uniwersytecie Princeton, który prowadził sekwencjonowanie genomu tygrysa tasmańskiego. „Możesz spojrzeć na blisko spokrewnione gatunki w poszukiwaniu wskazówek”, ale bez gwarancji uzyskania wymarłego genomu ułożonego prawidłowo. „Dla projektu mamuta, na przykład, naukowcy sekwencjonują chromosomy słoni, aby lepiej zrozumieć, jak zorganizowane jest DNA mamuta, powiedział George Church z Harvardu, który prowadzi ten projekt. Mają oni również nadzieję na udoskonalenie natury, inżynierię genetyczną odporności na wirusa opryszczki w genomie mamuta (tym lepiej, aby utrzymać go przy życiu, jeśli de-ekstynkcja zadziała). Niektórzy naukowcy uważają, że infekcje opryszczkowe przyczyniły się do uśmiercenia mamutów. Church powiedział, że jego laboratorium zamierza w tym roku ogłosić postęp na obu frontach.
Najlepszym przypuszczeniem jest to, że jeśli naukowcy wskrzeszą wymarły gatunek poprzez umieszczenie jego ponownie złożonego genomu w jaju żywego gatunku, prawdopodobnie nie będzie on doskonałą repliką oryginału. Wyginięty” gołąb pasażerski mógłby jeść to, co oryginał, ale miałby inne zachowania reprodukcyjne i społeczne, na przykład.
Krok wkładania genomu do jaja okazuje się trudniejszy u ptaków niż u ssaków. Zrekonstruowany genom może być wprowadzony do jajka ssaka za pomocą techniki klonowania, która wyprodukowała owcę Dolly. Ale to nie działa u ptaków – „przynajmniej jak dotąd”, powiedział Brand. Jedną z nadziei jest uzyskanie obejścia, które ostatnio udało się u kurcząt, w zasadzie wprowadzając genom do komórek, które stają się jajami lub spermą, aby odnieść sukces u dzikich ptaków.
To jest „jedna z rzeczy, na których Revive and Restore skupia się teraz”, powiedział Brand. „De-extinction nadchodzi, stopniowo i na pewno. To w końcu będzie postrzegana jako po prostu inna forma reintrodukcji”, jak przynosząc „wilki z powrotem do Yellowstone Park bobry z powrotem do Szwecji i Szkocji.”
.