Colossal Biosciences genoplivning af den forfærdelige ulv repræsenterer den mest komplekse genteknologiske præstation i et hvirveldyr til dato. Virksomheden udførte med succes 20 præcise genetiske redigeringer for at transformere grå ulveceller til forfærdelige ulveækvivalenter, og introducerede egenskaber, der havde været fraværende på Jorden i 12,000 år. Disse omhyggeligt udvalgte modifikationer giver et fascinerende vindue ind i både videnskaben om udryddelse og den unikke biologi af frygtelige ulve selv.
Sætter en ny rekord
De 20 redigeringer, der blev foretaget for at skabe den frygtelige ulv, satte et nyt benchmark for præcisionsgenteknologi. "Denne nyhed kommer i hælene på den nylige annoncering af den kolossale uldmus, som tidligere havde rekorden for unikke kimlinjeredigeringer i et dyr med 8 præcisionsredigeringer," bemærkede virksomheden i sin meddelelse. Den frygtelige ulvesucces mere end fordoblede denne tidligere præstation, hvilket demonstrerer den hurtige udvikling af multiplex-redigeringsfunktioner.
Dr. George Church, Harvard-genetiker og Colossal medstifter, understregede betydningen: "Den forfærdelige ulv er et tidligt eksempel på dette, inklusive det største antal præcise genomiske redigeringer i et sundt hvirveldyr indtil videre - en evne, der vokser eksponentielt."
Udvælgelsesprocessen
Colossal lavede ikke vilkårlige genetiske ændringer, men brugte snarere gammel DNA-analyse til identificere specifikke varianter, der er unikke for frygtelige ulve. Ved at sammenligne rekonstruerede forfærdelige ulve-genomer med dem fra moderne hunde, identificerede holdet 14 vigtige gener med 20 forskellige genetiske varianter, der giver frygtelige ulve deres karakteristiske træk.
Disse var ikke tilfældige mål, men omhyggeligt udvalgt på baggrund af deres funktionelle betydning ved bestemmelse af frygtelige ulveegenskaber. Som Dr. Beth Shapiro, Colossal's Chief Science Officer forklarede: "Vi henvender os til gammelt DNA for at lære så meget som muligt om hver art og, når det er muligt, at forbinde specifikke uddøde DNA-sekvensvarianter til hvert nøgletræk."
Nøgleredigerede gener og deres funktioner
Selvom Colossal ikke har udgivet en omfattende liste over alle 20 redigeringer, afslører deres meddelelser og dækning i TIME magazine flere af nøglegener og deres funktioner:
Pelsfarve og teksturgener
Et af de mest synlige ulvetræk er deres karakteristiske pels. Colossal opdagede frygtelige ulv-specifikke varianter i flere essentielle pigmenteringsgener:
1. CORIN: En serinprotease udtrykt i hårsækkene, der undertrykker agouti-vejen, hvilket påvirker pelsfarven og mønstret. De uhyggelige CORIN-varianter påvirker pigmenteringen på en måde, der fører til en lys pelsfarve.
2. OCA2, SLC45A2 og MITF: Disse gener påvirker direkte funktionen og udviklingen af melanocytter (pigmentproducerende celler). Mens den forfærdelige ulv har proteinkodende substitutioner i disse gener, der ville føre til en let pels, opdagede Colossals team, at de samme varianter i grå ulve kan føre til døvhed og blindhed.
For at løse dette potentielle problem, mens de stadig opnår den ønskede pelsfarve, udviklede teamet en kreativ løsning:
3. MC1R og MFSD12: I stedet for direkte at bruge de potentielt problematiske antikke varianter, inducerede holdet funktionstab til disse gener, som påvirker ekspressionen af pigmenter eumelanin (sort) og pheomelanin (rød) i melanocytter. Dette opnåede den lysere pigmenterede pelsfarve fænotype, som foreslås af det forfærdelige ulve-genom, men uden sundhedsrisici.
Denne tilpasning demonstrerer Colossals omhyggelige tilgang til de-udryddelse, idet dyrevelfærd prioriteres frem for nøjagtig genetisk replikation, når det er nødvendigt.
Størrelses- og strukturgener
Adskillige redigerede gener påvirker den forfærdelige ulvs større størrelse og karakteristiske fysiske struktur:
4. HMGA2: Dette gen er direkte forbundet med kropsstørrelse hos hunde og ulve. Redigering af dette gen bidrog til de forfærdelige ulves mere omfattende bygning - de vokser til at blive cirka 25 % større end grå ulve.
5. MSRB3: Dette gen er blevet forbundet med variation i øre- og kranieform blandt hjørnetænder og andre pattedyr, hvilket bidrager til den forfærdelige ulvs bredere hoved og karakteristiske ansigtstræk.
6. LCORL: En transkriptionsfaktor, der regulerer genekspression og er blevet forbundet med kropsstørrelsesvariation hos mange arter, herunder mennesker, heste og hunde. Den forfærdelige ulv har tre ændringer af LCORL-proteinsekvensen, der ændrer, hvordan proteinet folder præcist på det sted, hvor det binder til gendæmpende komplekser.
Her foretog Colossal igen omhyggelige modifikationer. De bemærkede, at "store hunderacer (som er tamme grå ulve) har en variant af LCORL, der mangler PRC2-domænet fuldstændigt." I stedet for at introducere potentielt problematiske, uhyggelige ulvevarianter, udtrykker "Colossals uhyggelige ulve det protein, der findes i de største grå ulve," for at opnå den ønskede fænotypiske påvirkning uden yderligere risiko.
Multi-Gen Regulatory Module
7. En regulatorisk genomisk region kodende for otte gener, der etablerer artsspecifikke begrænsninger i skeletstørrelse og struktur, blev også målrettet. Dette modul er blevet knyttet til funktioner, herunder forskelle i menneskelig højde og de forskellige næbformer blandt finkearter. Ved at redigere ulv-specifikke varianter til genforstærkere i denne region, påvirkede holdet de uhyggelige ulves samlede størrelse og struktur.
Vokaliseringer og adfærd
Interessant nok strækker genteknologien sig ud over fysisk udseende til adfærdsmæssige træk:
8. Gener, der påvirker vokaliseringer: TIME-magasinet rapporterede, at Colossal identificerede gener, der påvirker "den frygtelige ulvs større størrelse, mere muskuløse bygning, bredere kranium, større tænder, tykke, lyse pels og endda dens unikke hylende vokaliseringer." Disse adfærdsmæssige genetiske komponenter tyder på, at de genstandne frygtelige ulve kan vokalisere anderledes end moderne grå ulve.
Redigeringsprocessen
Oprettelse af forfærdelig ulv krævede mere end blot at identificere målgener – det krævede præcisionsredigering af flere steder samtidigt. Holdet anvendte CRISPR-genredigeringsteknologi til kernerne af endotelstamceller fra grå ulve (EPC'er), og omskrev præcist DNA'et ved de 14 målgener for at installere de 20 frygtelige ulvevarianter.
For hver redigering oprettede Colossal detaljerede profiler af alle potentielle påvirkninger på donorens grå ulve-genom. Denne omhyggelige tilgang tillod dem at kassere varianter, der ville medføre en vis risiko uden for den forudsagte fænotype og prioritere varianter, der allerede var udviklet i grå ulve med den forudsagte fænotype.
Validering af succes
Succesen med disse genetiske modifikationer er synlig i de levende uhyggelige ulvehvalpe. Kun seks måneder gamle vejer hanhvalpene Romulus og Remus allerede cirka 80 pounds og har den tykke hvide pels, brede hoveder og kraftige bygning, der er karakteristisk for frygtelige ulve. Deres adfærd afspejler også vilde lupinstinkter, hvor ungerne holder afstand til mennesker og udviser agtpågivenhed selv omkring velkendte viceværter.
Hunhvalpen Khaleesi, født tre måneder efter hannerne, udvikler sig langs en lignende bane, hvilket tyder på konsekvent ekspression af de manipulerede genetiske egenskaber på tværs af flere individer.
Beyond Simple Rekonstruktion
Det, der gør Colossals tilgang særligt sofistikeret, er, at den ikke blot forsøger at genskabe det nøjagtige forfærdelige ulvenom. I stedet foker det på at konstruere de nøgletræk, der gjorde frygtelige ulve økologiske og evolutionært forskellige.
Som Dr. Shapiro forklarede, "Funktionel de-udryddelse bruger den sikreste og mest effektive tilgang til at bringe de tabte fænotyper tilbage, der gør en uddød art unik." Denne pragmatiske tilgang prioriterer dyrenes sundhed og levedygtighed, samtidig med at målet om at genoprette en funktionelt ækvivalent art opnås.
I nogle tilfælde betød dette brug af grå ulvevarianter, der producerer det samme fænotypiske resultat som frygtelige ulvevarianter, men uden potentielle sundhedsrisici. I andre tilfælde betød det, at man konstruerede helt nye genetiske ændringer, der opnår den ønskede effekt gennem andre mekanismer end dem, der blev brugt i de oprindelige forfærdelige ulve.
En skabelon til fremtidige udryddelser
De 20 redigeringer, der bragte den forfærdelige ulv tilbage, giver mere end blot et fascinerende casestudie – de etablerer en teknisk skabelon til fremtidige udryddelsesprojekter. Evnen til at foretage adskillige præcise genetiske ændringer samtidigt er afgørende for mere ambitiøse mål som den uldne mammut, som ville kræve endnu flere modifikationer af et elefantgenom.
Derudover giver tilgangen til at foke på funktionelle egenskaber snarere end nøjagtig genetisk replikation en praktisk køreplan for andre de-ekstinktionsbestræbelser, hvor fuldstændig genomrekonstruktion måske ikke er mulig eller tilrådelig.
Da disse banebrydende ulvehvalpe fortsætter med at vokse og udvikle sig, demonstrerer de ikke blot den tekniske opnåelse af 20 succesfulde genetiske redigeringer, men genoprettelsen af en unik evolutionær afstamning – en, der bringer gamle gener tilbage til den levende verden efter 12,000 års fravær. Hver egenskab, de viser, fra deres hvide frakker til deres vilde instinkter, repræsenterer det vellykkede udtryk for omhyggeligt konstrueret genetisk kode, der bygger bro mellem fortid og nutid.
