סטארטאפ רוצה להחזיר את הממותות לאזור הארקטי

כמעט עבר עשור מאז הגנטיקאי של הרווארד כנסיית ג'ורג' לראשונה דיבר על שימוש בביולוגיה סינתטית כדי להחזיר לחיים את הממותות הצמריות. כעת, הרעיון שלו להפוך את ההיסטוריה דוחק קדימה.

היום, צ'רץ' ויזם התוכנה בן לם הכריזו על השקת הסטארט-אפ הביוטק שלהם, Colossal, עם מימון ראשוני של 15 מיליון דולר. המשימה של החברה היא כפולה: לשמר בעלי חיים בסכנת הכחדה (ויום אחד צמחים) באמצעות טכנולוגיית עריכת גנים, ולהשתמש בבעלי חיים אלה כדי לעצב מחדש את המערכות האקולוגיות הארקטיות כדי להילחם בשינויי האקלים.

התוכנית היא ל השתמש ב- CRISPR להוסיף 60 פלוס גנים מהממותה הצמרית שנכחדה לתוך תאי עובר של פיל אסייתי, שהוא קרוב משפחתו החי הקרוב ביותר. שני המינים חולקים 99.6 אחוזים מהגנום שלהם, טוען קולוסל.

בשנת 2015, המעבדה של צ'רץ' שילבה בהצלחה גנים ממותה לאוזניים קטנות, רקמת שומן ושיער חום מדובלל לתוך ה-DNA של תאי עור של פיל. "עצם ביצוע שינוי DNA זה לא כל כך משמעותי", אמר צ'רץ' מדע פופולרי אז. "אנחנו רוצים לקרוא את הפנוטיפים."

קולוסאל תעזור לממן את המחקר המאמותה של צ'רץ' בטווח הארוך, תוך שיתוף פעולה עם חוקרים בקוטב הצפוני כדי להוות את הבמה לטיול מחדש. "רצנו גנומים מרובים מרקמות קפואות שהתאוששו מסיביר של הממותה הצמרית", אומר לאם מדע פופולרי מהתקדמות הסטארט-אפ עד כה. הצוות גם רצף מספר גנומים של פילים אסייתים כדי להשוות את ההבדלים בין שני המינים. "ג'ורג' צ'רץ' והמעבדה שלו זיהו למעשה גנים שמרכיבים את התכונות הפנוטיפיות שאנו מחפשים לבטא שהופכות פיל אסייתי לממותה צמרית מתפקדת", מוסיף לאם. אבל ההתחייבות שלהם רק התחילה.

איך להפוך פיל לממותה

ראשון התגלה בבקטריופאג'ים בשנת 2011, CRISPR/Cas9 הוא אנזים שיכול לקשור ולחתוך אתרים ספציפיים על גדיל של DNA. המעבדה של הכנסייה תתבצע זיווג הכלי המתפתח במהירות עם אנזימים אחרים לעריכת DNA כמו אינטגראזות, רקומבינאזות ודמינאזות כדי לחבר גנים מהממותה הצמרית לתוך פיל אסייתי כדי לעזור לו להסתגל לאזור הארקטי הקר, שם קולוסל אומר שהוא יעזור לפסל את הנוף כדי להשתלט טוב יותר פַּחמָן.

הצוות עדיין בימים הראשונים של התהליך. כרגע הם מנסים לגרום לגנים של ממותה עובדים להתבטא בתאי פיל אסיאתי חיים. אם הם יצליחו, הם יצטרכו לוודא שהגנים תואמים את התכונות שהם רוצים, תחילה בדגמי חזירים ועכברים, ולאחר מכן בפילים.

צ'רץ' כבר הוכיח שהטכניקה שלו יכולה לשנות את התפתחותו של יונק. במחקר הוכחת מושג שפורסם ב-2017 ב מַדָע, המעבדה שלו השתמשה ב-CRISPR כדי לערוך 62 גנים עבור הרטרו-וירוס האנדוגני החזירי - שרידים של זיהום זואונוטי קדום שיכול להעביר לבני אדם - ולייצר חזיר חי הנושא את העריכות הגנים הללו באמצעות העברה גרעינית של תאים סומטיים, או שיבוט. התהליך כולל הוצאת הגרעין מתא גוף ערוך גנטית והכנסתו לתא ביצית ליצירת עובר.

[קָשׁוּר: הכנסייה של כנסיית ג'ורג']

צ'רץ' מתכוננת לחזור על הטריק הזה שוב עם הפילים. אבל השתלה במהות של מין אחר היא ליגות שונות לעריכת וירוס.

"זה משהו שג'ורג' והצוות עובדים לקראתו לא רק בעבודה שלהם על חזירים ומינים אחרים, אלא במיוחד עם פילים, בחמש השנים האחרונות", אומר לאם. "עבור קולוסל, זה מינוף המחקר שהם כבר עשו. אנחנו לא שלב חדש בתהליך".

אם ההישג ליצור עוברים היברידיים יצליח, הם יכולים להיות מושתלים בפונדקאיות של פילים או לגדל אותם לטווח מלא ברחם מלאכותי (שעדיין נמצא בתהליך הנדסה); האחרון כנראה יעבוד טוב יותר להפקת פילים חדשים בקנה מידה, מציין לאם. הסט הראשון של עגלים משובטים צפוי להגיע ב-4 עד 6 השנים הקרובות. בהתבסס על מחזור החיים של פילים אסייתים, יידרשו לדור הטייסים עוד 13 שנים להגיע לבגרות מינית.

"זהו ציר זמן לא קצר", אומר לאם. "המטרה שלנו בחברה היא לא רק להחזיר עדר קטן ומצליח של ממותות צמר. המטרה היא שיחזור מוצלח של הממותות בחזרה לאזור הארקטי. זה אומר אוכלוסיות גדולות עם מגוון גנטי שיכולות להתרבות".

בעוד הקבוצה שואפת להתחיל עדר קטן של חמישה עגלים כדי שיוכלו ללמוד דינמיקה של אוכלוסיה, לאם מעריך שהם יזדקקו לעשרות אלפי ממותות עם CRISPR כדי להשיג את השפעתם הרצויה על הארקטי מערכת אקולוגית.

ממעבדת הרווארד לטונדרה קשוחה

למרות שלידתם של הכלאיים של הפילים הראשונים יש שנים בהמשך הדרך, לקולוסל כבר יש תוכניות לשחרר אותם לחופשי בטבע. החברה רוצה להתחיל עם שחרור מוגבל: להחזיר עדר קטן של פילי פרנקן אלה לתוך מערכת אקולוגית דמוית שמורה בטונדרה הארקטית שבה שלטו פעם הממותות. הצוות יעבוד עם מדענים מחודשים של הארקטי, סרגיי וניקיטה זימוב, כדי להביא ממותות פארק פליסטוקן, ממוקם בצפון סיביר.

פארק פליסטוקן התחיל כ ניסוי בתקופת הקרח בחצר האחורית ב-1996 על ידי צמד האב והבן זימוב. הם הציגו ביזון, שוורי מושק וסוסי בר להסתובב בחלקה של 90 קילומטרים רבועים; אבל הם חיכו לממותות. עד שהעדר של צ'רץ' יהיה מוכן, הם יהיו שימוש בטנקים כסטנד-אין לחרוש עצים חריגים.

עד כמה שהכל נשמע דמוי קריכטון, השמורה אפשרה לזימובים לעשות תגליות יסוד על המערכת האקולוגית הארקטית, כולל היכולת המדהימה שלה לאגור פחמן ומתאן. בשנת 2006, סרגיי עזר לפרסם עיתון שהעמיד את מאגרי הפחמן של הפרמפרוסט הסיבירי על כ-450 ג'יגהטון. התחממות כדור הארץ, לעומת זאת, עלולה לגרום לבריכה הקפואה הזו להתפרק ולהיכנס לאטמוספירה כפחמן דו חמצני.

"הזימובים עושים הרבה מודלים על ההשפעות של ריווילינג, במיוחד ממותות ומינים אחרים", אומר לאם. "אנחנו לא מנסים להכניס מחדש את הממותות לאזורים שבהם הן עומדות להתחרות על משאבים עם מינים קיימים באזור שלא היו בו במקור. אנחנו מחזירים אותם למיקומים ולסביבות שבהן הם חיו ושגשגו".

לפני כ-13,000 שנה, ממותות צמריות ומגה-פאונה עמידה לקור היו קריטיים בסלילה מערכת אקולוגית הנקראת סטפת ממותה, שטח עשב קרחוני עצום שעזר למתן את העולם אַקלִים. העשבים לא רק ספגו פחמן, אלא גם חצבו נוף שהחזיר אור וחום מהשמש דרך תופעה הנקראת אפקט האלבדו. בעלי חיים גדולים כמו ממותות וקרנפים צמריריים עשו את השטח, רמיסו שיחים ועקרו עצים. הם אכלו את הדשא והוציאו את החומרים המזינים בחזרה לאדמה, וסגרו את הלולאה במחזור הפחמן-חנקן של הערבה.

סביר להניח שהנוף הזה היה הרבה יותר טוב באחסון פחמן מאשר שטחי הקוטב הצפוני עצים. א מחקר שנערך לאחרונה על ידי חוקרי UC Davis מצא כי שטחי דשא נוטים להיות מקור אמין יותר לקיבוע פחמן מאשר יערות, מכיוון שהם פחות מושפעים על ידי חום קיצוני ושריפות- אירועים שעלולים לשחרר פחמן בחזרה לאטמוספירה. יתרה מכך, חופות מחטניות, מטבען כהות יותר מקרח, סופגות יותר אור וחום ממה שהן מחזירות.

מומחים רבים אומרים כי הטונדרה הסיבירית איבדה את הברק שלה מאז ימי הזוהר שלה בתקופת הקרח. צמרות עצים שהיו פעם ירוקות משחימים, ה המגוון של אוכלי עשב באזור הארקטי יורד, ומדענים מתאמצים להבין מדוע. לקולוסל יש ניחוש. הכחדת הממותה הצמרית יצרה חלל אקולוגי בנוף הארקטי שמעולם לא התמלא על ידי מין אחר, אמרה החברה בהצהרה: כל מה שנותר הוא עדרי היאקים ואיילים שתומכים במקום כפרים.

חיים שניים לפילים בסכנת הכחדה

מחוץ לאזור הארקטי, קולוסל רוצה להבטיח שהם מקימים את הפילים המחודשים כדי להחזיק מעמד. החברה תמשיך ברצף של דגימות פילים וממותה כדי לזהות גנים מרכזיים באוכלוסיות שני המינים כדי לתרום למגוון האוכלוסייה. זה, הם מקווים, ימנע ממוטציה נוכלת להכריע את כל העדר. בעוד המעבדה של צ'רץ' עובדת דרך דגימות הממותה הקפואות שנאספו מקמפרת סיבירית, הסטארט-אפ מממן גם עבודה על פילים אסייתים ואפריקאים על ידי פרויקט הגנום של חולייתנים להשיג תובנות לגבי המגוון הביולוגי של אוכלוסיות פילים בכלל.

קולוסל מקווה שהמאמצים שלה יעניקו למינים בסכנת הכחדה כמו פילים אסייתים ואפריקאים חיים שניים באמצעות מכונת זמן גנטית. על ידי יצירת מין פרנקן שרוכס DNA מכל אלפי שנים, הוא מציע דרך ליצור ארכיון חיים של היונקים הענקיים.

"אם נוכל לתת לפיל האסייתי ולפיל האפריקאי ולכל השושלת את היכולת לשרוד במערכת אקולוגית ואקלים חדשים על ידי הנחלת גנים בתוכם שהיו קיימים באבותיהם הקודמים", אומר לם, "אז יש לנו את הרעיון הזה של הרחבת המינים שבה יש לנו את כל המערכות האקולוגיות האלה שלא רק ניתן לראות מחדש מנקודת מבט של שיקום שטחי עשב ארקטיים, אלא גם מנקודת מבט של שמירה על האוכלוסייה והמגוון הזה בחיים. זה לא רק ציד וצייד. חלק מזה הוא למעשה התחרות בעיור ובבית גידול אבוד".

אם המאמץ יצליח, קולוסל חושב שהוא יכול ליישם את אותו מודל על מינים אחרים, כמו הקרנף הסומטרני.

זו התייחסות רדיקלית לשימור. אבל מומחים כמו ג'סי ריינולדס, שהיה לאחרונה חוקר במכון אמט לשינויי אקלים וסביבה, בית הספר למשפטים של אוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס, נמצאים על הסיפון. "אם שוחרי איכות הסביבה רציניים לגבי שימור המגוון הביולוגי", כתב ריינולדס בהצהרה בדוא"ל, "הם צריכים להתגבר על הסלידה הנרחבת שלהם מביוטכנולוגיה. זה כבר לא מספיק רק לשמר קצת אדמה ולקוות לטוב".

אבל צריכים להיות כמה אמצעי זהירות כשמדובר בבדיקת ביטול הכחדה. בעיתון ב חוות דעת נוכחית בקיימות סביבתית באפריל, ריינולדס ציין שכמה "ביולוגיה סינתטית שימורית" עלולה להוות סיכונים סביבתיים, וכן שצריכות להיות תקנות מקומיות ובינלאומיות המסדירות את אופן השימוש בביוטכנולוגיות אלו מְעוּדכָּן. עד כה, CRISPR יושם בעיקר על קבוצות קטנות של אורגניזמים במסגרות מבוקרות, על פי א נייר UNEP לשנת 2019. מחקר שטח קטן מעורבים יתושים ערוך לבקרת מחלות נגד מלריה שהושק ב-2019 עורר ויכוחים, למרות העובדה שהנבדקים היו מְעוּקָר כדי למנוע הכלאה עם חרקי בר.

חששות כאלה הם הסיבה שלאם חושב שלהתחיל עם הממותה זה הגיוני מאוד. "אנחנו לא משנים גנטית חרק כמו יתוש ומשחררים אותו לטבע איפה שאנחנו לא יכולים לעקוב אחריו", הוא אומר. "אם יש מין כמו הממותה שבו הם גדולים מספיק כדי שיהיו עליהם רדיו ומנגנוני מעקב שונים, אם יש בעיה, אנחנו תמיד יכולים להחזיר אותה לאחור".

האם מינים ומערכות אקולוגיות של מעצבים הם התרופה?

בדיוק כפי שההשקה של Colossal נותנת לניסוי של צ'רץ' רגליים חדשות, היתרונות של הפרויקט עדיין נתונים לוויכוח. אלו שבשבילו אומרים שההכחדה הכרחית כדי לבטל טעויות אנושיות; המתנגדים אומרים שכן מעט מדי, מאוחר מדי, ויותר ראוותני מאשר מעשי.

ג'יימס בול, פרופסור אמריטוס במחלקה לביולוגיה אינטגרטיבית באוניברסיטת טקסס באוסטין, אומר שהוא לא רואה שום עיקרון התנגדויות לתוכנית הממותה מחדש, אך מציינת שבהחלט יהיו אי ודאויות שצריך לצפות בהן, כמו גם מדע מעניין לְגַלוֹת. "הזזת גנים של מין אחד כדי להחליף חלקים מהגנום של אחר עלולה להיתקל באי התאמה רבים - ברמה של גנים שלמים עד להבדלים של בסיס בודד", הוא כותב באימייל. "ישנם מחקרים שמראים שגנים אנושיים יכולים להחליף גנים הומולוגיים של שמרים, כך שיכולים להיות מסלולים רבים להצלחה. אבל אולי זה לא פשוט".

גם אם הכנסייה תוכיח שאפשר לרסק ממותות עם פילים אסייתיים, זה יכול להיות אתגר לשמור על הכלאיים מלהיכחד שוב, "בין אם כתוצאה מאירועים קיצוניים, מחלות, התנהגות הזדווגות שגויה או גנטיקה גרועה", בול מסביר. כמה השערות מדוע נכחדו הממותות מלכתחילה כוללים טמפרטורות התרבות, ציד והתחממות. "עבור תקדים, כניסות של מיני בר לבתי גידול וסביבות חדשות נכשלות לעתים קרובות", כותב בול.

[קָשׁוּר: חוקרים שחזרו על עקבותיה של ממותה צמרית 17,000 שנים לאחר מותה]

אבל קולוסל מתכוון לשחק את המשחק הארוך - וללמוד מהכישלונות הרבים שעלולים לבוא איתו. לאם אומר שהוא יכול לראות את החברה "עובדת על מינים אחרים כדי לאזן את המערכת האקולוגית הזו לאורך זמן", כולל אולי הכנסת טורף כדי לשמור על האוכלוסייה בשליטה. "אבל זה די רחוק", הוא מוסיף.

הסטארט-אפ מודע לשדה המוקשים השנוי במחלוקת אליו הוא נכנס ומתכנן להמשיך לטפל בספקנות לגבי ביטול הכחדה. הוועדה המייעצת שלה מצוידת ביו-אתיקה, אנשי שימור, חוקרי סחר בבעלי חיים, מומחי פילים, כימאים וגנטיקאים בהכנה. "אנחנו רוצים לוודא שאנחנו עושים את זה בצורה הכי שקופה ואתית שאפשר", אומר לאם. "אנחנו רוצים לנהל את השיחות האלה עם הציבור הרחב".

בהנחה שהדור הראשון של העדר ההיברידי מתקיים, הן ברחם המדומה והן באזור הארקטי, "זה יכול בקלות להיות יותר מ- מאה לאחר הולדת הממותה הראשונה לפני שיש אוכלוסייה חזקה מספיק שיש איזושהי השפעה אקולוגית למדוד", בול כותב. "אני לא רואה באפשרות של השפעה אקולוגית שלילית משהו מדאיג עכשיו", הוא ממשיך. "זה רחוק מדי לעתיד."

גילוי נאות של העורך: מאט שרסט, השותף המנהל של מדע פופולריחברת האם של North Equity היא משקיעה בקולוסל. הוא לא היה מעורב בהקצאה, כתיבה או עריכה של הסיפור הזה.