Вот вам мое предсказание: в течение следующих двух лет Джордж Чёрч и воскресители мамонта успешно перенесут по меньшей мере один ген мамонта в стволовую клетку слона. Из нее будет выращено множество клеток, в которых начнет экспрессироваться новый, недавно встроенный ген мамонта. Ученые тщательно оценят степень успеха с помощью разработанного специально для этого эксперимента, который покажет, вырабатывает ли теперь клетка белки мамонта вместо белков слона. Если результат укажет на то, что ученым действительно удалось встроить ген мамонта в клетку слона, они объявят о своем успехе, испытывая заслуженную гордость. Это будет поразительное достижение.

В процессе не пострадает ни один слон. Слоны даже не будут участвовать в эксперименте, у них только возьмут образцы крови, точно так же, как при плановом осмотре у ветеринара. Ни одна слониха не подвергнется каким-либо экспериментальным манипуляциям. Никто не будет производить ядерный перенос в клетках слона. Ни один слоненок с генами мамонта не начнет свое внутриутробное развитие.

Тем не менее представители прессы не услышат ни одной из приведенных выше оговорок. Заголовки будут гласить: «Мамонт вернулся», «Теперь исчезнувшие виды уходят не навсегда», «Ученые вырастили шерстистого мамонта в лабораторной пробирке». Это будет самое крупное, восхитительное, пугающее, удивительное и ужасное событие за долгие годы. Вероятно, широко распространятся слухи об ужасающих последствиях на фоне всеобщего воодушевления и некоторой доли истерии.

Но на деле нет нужды строить необоснованные предположения о том, как отреагируют люди. Можно просто обратиться к недавней истории.

 

Мамонтослоновая стадия возрождения вымершего вида

23 апреля 1984 года в газете Chicago Tribune появилась статья, бережно укрытая среди внутренних страниц. Ее заголовок гласил: «История о мохнатом слоне». С разрешения правообладателя я приведу здесь полный текст:

Когда какой-либо вид животных уходит в небытие, мы ожидаем, что там он и останется. Ученые из США и СССР опровергли этот с виду разумный тезис, создав путем «обратной селекции» гибридное животное – наполовину слона, наполовину мамонта. Эта история началась в России, когда доктору Свербигузу Ясмилову из Иркутского университета удалось выделить ядра из яйцеклеток молодой самки мамонта, чья замороженная туша была найдена в Сибири. Журнал Technology Review сообщает, что доктор Ясмилов отправил результаты в Массачусетский технологический институт, где доктор Джеймс Крик смешал ДНК из этих клеток с ДНК слона. У шерстистых мамонтов, бродивших по просторам Европы, пока они не вымерли 10 тысяч лет назад, было 56 хромосом. У слонов, их близких родственников, их насчитывается 58. Опираясь на успех Крика, Ясмилов решил попробовать слить ядра из яйцеклеток мамонта со сперматозоидами индийского слона. В результате эксперимента получилось восемь оплодотворенных яйцеклеток, которые затем имплантировали индийским слонихам. Шесть беременностей закончилось выкидышем, но на свет появились два гибридных животных – мужского пола и, вероятно, стерильных. Гибриды, которых иногда называют «мамонтослонами», покрыты светло-коричневой шерстью, а их челюсти по форме соответствуют челюстям мамонтов.

Эту коротенькую историю подхватила и распространила новостная служба Chicago Tribune, и в течение нескольких следующих дней различные ее версии были напечатаны в более чем 350 газетах. Она появилась даже в воскресном приложении к общегосударственной газете, где, без сомнения, должна была найти самую широкую аудиторию.

Ни одна из газет, которые подхватили и распространили эту историю, не потрудилась проверить изложенные в ней факты. Если бы они, к примеру, связались с автором доклада, упомянутого в журнале Technology Review, или попытались пообщаться с кем-то из ученых, участвовавших в упомянутом исследовании, их ожидало бы удивительное открытие: вся эта история была шуткой. Таких ученых и такого проекта не существовало. История была задумана как пародия, ее написала талантливая студентка в качестве домашней работы по созданию научного текста. Журнал Technology Review опубликовал ее в честь Дня смеха. Статья, расположенная на 85-й странице апрельского номера Technology Review за 1984 год, заканчивается именем ее автора, студентки Дианы Бен-Аарон, и датой – 1 апреля 1984 года.

Возможно, сотрудники Tribune, а также множества других газет, решивших напечатать эту историю, были слишком воодушевлены возможностью возрождения мамонта, чтобы заметить дату или усомниться в подлинности доклада (хотя бы в том, могли ли советские и американские ученые сотрудничать в разгар холодной войны). А может быть, они просто не поняли юмора.

История, выдуманная Бен-Аарон, во многих отношениях оказалась пророческой. К примеру, она предсказала низкие показатели эффективности ядерного переноса, хотя эта статья была написана более чем за 12 лет до появления на свет Долли в Рослинском институте. Она также предсказала, что в качестве суррогатной матери будет использована индийская слониха, хотя мы только через 20 с лишним лет убедились, что индийский слон находится в более близком родстве с мамонтом, чем африканский. Кроме того, Бан-Аарон предчувствовала, какие страхи, связанные с возрождением вымерших видов, появятся у людей, и постаралась их немного развеять. К примеру, она предугадала, что главным предметом беспокойства станет возможность контролировать этих новых созданий, не дать им сбежать и спариться с представителями дикой популяции слонов. Как и Майкл Крайтон шестью годами позднее, она придумала механизм, не позволяющий клонированным животным размножаться без вмешательства человека. Все динозавры Майкла Крайтона были самками и, следовательно, не могли размножаться, а мамонтослоны Бен-Аарон были стерильными самцами. Их бесплодие обусловливалось нечетным количеством хромосом. Имея, подобно мулам, непарное число хромосом, они не смогли бы размножаться.

Реакция на появление в прессе выдуманной статьи Бен-Аарон была немедленной, бурной и неоднозначной. Одни люди ликовали: кого-то развеселил пример очевидно плохой журналистской работы, кто-то так и не распознал «утку» и просто радовался, что мамонта вернули к жизни. Другие злились – либо потому, что, на их вкус, пародия выглядела неуместной или нечестной, либо потому, что их по-настоящему обеспокоило то, какие ужасные вещи творят ученые.

Но примерно такой реакции я и ожидаю, когда воскресители мамонта опубликуют первые свидетельства того, что их проект в области редактирования генома увенчался успехом и что отредактированные слоновьи клетки можно будет (однажды в будущем) использовать для создания отредактированных слонов. Воображаемые будущие заголовки будут отражать настоящую научную работу, продвигающуюся в настоящей лаборатории, оснащенной по последнему слову науки и техники, в одном из наиболее уважаемых исследовательских институтов мира.

Те, кто прочел историю в Chicago Tribune в 1984 году и поверил в нее, почерпнули из нее одну мысль: мамонта вернули к жизни. Но на самом деле в статье говорилось не об этом.

Заголовки, которые появятся, когда воскресители мамонта получат первую клетку слона с оттенком мамонта, вероятно, будут более впечатляющими, чем сдержанное название статьи в Tribune. Осторожные журналисты вряд ли упустят тот факт, что на самом деле ученые изменили только крошечную часть генома слона. Но его проигнорируют в пользу мелодраматических эмоциональных комментариев и основного посыла статей: мамонт вернулся к жизни.

Вот только это все еще не будет правдой.

 

Если что-то выглядит как мамонт и ведет себя как мамонт, то это мамонт?

Давайте вернемся к работе, которая проводится в наши дни. Сейчас мы можем напрямую отредактировать последовательность ДНК внутри живой клетки с помощью технологий геномной инженерии. Ученые из лаборатории Джорджа Чёрча редактируют таким образом слоновьи клетки, намереваясь сделать их геномы больше похожими на геномы мамонтов, нежели слонов. Пока что работа ограничивается редактированием одного или нескольких генов соматических клеток. Однако у нас уже есть соматические клетки, геномы которых содержат отдельные гены мамонта на месте удаленных генов слона. Таково текущее положение дел в проекте возрождения мамонта.

Если создать слоненка из соматических клеток, отредактированных воскресителями мамонта, этот слоненок будет иметь лишь очень небольшую долю ДНК мамонта. Цель воскресителей мамонта состоит в том, чтобы путем редактирования генома создать слона, который сможет лучше переносить холод. Представим, что они добились этого, заменив от 5 до 10 слоновьих генов их мамонтовыми версиями. В таком случае фенотип воображаемого слоненка изменится (хотелось бы надеяться на это), однако более 99,99 % его ДНК все еще будет слоновьей.

В придуманной ситуации, описанной в статье 1984 года, новорождённые слонята были гибридами первого поколения, образовавшимися путем слияния ДНК, сохранившейся в яйцеклетке мамонта, и ДНК сперматозоида слона. Пятьдесят процентов ДНК гибридных животных принадлежало слону, а другие пятьдесят – мамонту, но Бен-Аарон не зашла так далеко, чтобы назвать их мамонтами. На самом деле приведенное в статье наименование Elaphas pseudotherias – помещает гибридного мамонтослона в один род с индийским слоном, однако включает полностью новое, выдуманное название вида. Возможно, она подходила к своему творению с научной точностью. Не исключено, что это было сделано для того, чтобы избежать недоразумений. Какой бы ни была ее мотивация, эта статья дала нам отличную возможность понаблюдать реакцию публики на создание гибридного вида (пусть и выдуманное).

Публике не было дела до того, что речь идет о гибриде. Пресса называла это животное мамонтом, значит, это был мамонт. Возможно, сильнее всего повлияло описание животного, но и оно в сообщениях прессы было предельно кратким: гибрид обладал светло-коричневой шерстью и челюстями, как у мамонта. Очевидно, даже небольшого сходства для людей оказалось вполне достаточно. Перед ними был мамонт.

Это отличная новость для сторонников возрождения вымерших видов, потому что она создает огромное пространство для маневра в определении успешности эксперимента. Мамонту не обязательно быть полноценным мамонтом, чтобы его воспринимали таковым. Это дарит некоторое облегчение. Хотя, как уже говорилось, о создании стопроцентного мамонта не может быть и речи, об однопроцентном того же сказать нельзя.

Это позволяет нам заново определить понятие восстановления вымерших животных, сместив фокус с непосредственно видов. С большой вероятностью создание генетически чистого мамонта или представителя какого-либо другого вымершего вида невозможно. Однако для того, чтобы получить пользу от технологии, нам и не требуется генетическая чистота. Если мы разумно подойдем к выбору того 1 % генома, который собираемся изменить, у нас может получиться возродить признаки, отличающие мамонта от слона. Еще важнее то, что у нас может получиться восстановить те черты, которые позволяют слону жить в местах, где когда-то жил мамонт. После того как этот гибридный слон попадет в дикую природу, он начнет бродить по округе, топтать кустарники и поедать растительность в огромных количествах. Он поспособствует распространению семян растений, насекомых, а также распределению питательных веществ. Новое гибридное животное сможет воспроизвести все действия мамонта, не будучи при этом мамонтом, и в перспективе это благотворно повлияет на экосистему Арктики.

Большинство людей, всерьез рассматривающих возможность возрождения вымерших видов или искусственного одичания, уверены, что возвращение этих видов поможет в нашей текущей борьбе за сохранение биологического разнообразия и поддержание здоровья экосистем. Вымирание животных на любом уровне – будь то хищники или их добыча, животные, распространяющие семена растений или поедающие кустарники и деревья, – может оказать каскадный эффект на всю экосистему.

Проект по искусственному одичанию тура в континентальной Европе направлен на создание гигантских травоядных, которые будут пастись на широких диких просторах, не позволяя разрастаться кустарникам и деревьям. Ученые надеются, что в результате будет восстановлена природная среда, которую смогут использовать крупные и мелкие хищники, а также увеличится разнообразие растительных видов. Тур – это целевой фенотип их экспериментов по искусственному одичанию. Однако цель ученых – не вернуть к жизни тура, а воссоздать фенотип, который будет воздействовать на окружающую среду так же, как это делал тур. Они рассчитывают заменить тура животным, аналогичным в функциональном отношении, но не обязательно идентичным по форме.

На мой взгляд, истинная ценность восстановления вымерших животных заключается именно в экологическом возрождении, а не в возрождении вида. Нам следует думать о восстановлении вымерших видов не с точки зрения того, какую форму жизни мы вернем, а с точки зрения того, какие экологические взаимодействия мы хотели бы восстановить. Нам следует задать себе вопрос: чего не хватает в существующей экосистеме? Возможно, возрождение вымерших видов лучше всего представить как детально разработанный биоинженерный проект, конечный продукт которого моделируется исходя из того, что было создано в процессе эволюции, но, к нашему несчастью, потерялось.

 

Какие части генома мы должны отредактировать?

Именно редактирование генома, а не клонирование путем ядерного переноса и не искусственное одичание можно считать наиболее вероятным путем возрождения исчезнувших признаков, а также вымерших видов (в зависимости от того, с какой степенью точности мы будем определять понятие вида). Но с чего начать? Вероятно, ответ на этот вопрос будет зависеть от конкретного проекта по возрождению вымершего вида.

Если наша цель – создать слона, который сможет пережить сибирскую зиму, значит, нам нужно изменить это животное, приспособившееся к жизни в тропиках, таким образом, чтобы оно хорошо себя чувствовало при лютом холоде. Более длинная и густая шерсть определенно поможет в этом, равно как и гемоглобин, более эффективно переносящий кислород при низких температурах. Но какие еще признаки нам нужно создать? Существуют ли иные способы повысить эффективность, с которой слон поддерживает температуру своего тела? Существуют ли еще какие-то не учтенные нами потребности в энергии, актуальные для животных, обитающих в Арктике? Существуют ли какие-то адаптации системы пищеварения, необходимые слону для того, чтобы питаться растительностью Сибири? Нужно ли нам воссоздать морфологические изменения, которые позволят слону выкапывать растения из-под снега? Понадобится ли изменить иммунную систему слона таким образом, чтобы он смог защититься от патогенных микроорганизмов, которые не встречаются в тропиках? Все это хорошие вопросы, и мы пока не нашли на них ответов, не говоря уже о том, чтобы определить целевой ген или набор генов, который мы смогли бы секвенировать и проверить на предмет специфических для мамонта изменений, которые мы хотели бы воссоздать.

В ближайшем будущем исследование генома слона вряд ли будет в приоритете в научном мире, а значит, нам не скоро удастся узнать, как расположены все гены, за что они отвечают и как взаимодействуют друг с другом. Но если мы действительно хотим склеить мамонта по кусочкам путем редактирования генома, эта информация будет иметь критическое значение. С учетом того, как много еще остается неизвестным, возможное решение состоит в том, чтобы изменить все нуклеотиды в геноме слона, отличающиеся от генома мамонта. В этом случае у нас будет меньше шансов проглядеть какое-либо существенное различие или взаимодействие генов. Но в этом случае нам понадобится внести множество изменений. Если считать, что расхождение линий мамонта и индийского слона от их общего предка произошло около 4 миллионов лет назад и шло примерно с такой же скоростью, как у других млекопитающих, можно ожидать, что у этих двух видов обнаружится около 70 миллионов генетических отличий (такой же порядок, как в случае человека и шимпанзе). Нам нужно будет отредактировать менее 2 % генома слона, однако 70 миллионов изменений – это очень много.

Как же мы внесем эти изменения? Во-первых, нам нужно выяснить, что именно мы должны изменить. Множество (если не большинство) различий между геномами индийского слона и мамонта, вероятно, можно определить, секвенировав и собрав оба генома, выстроив их друг рядом с другом и просканировав на предмет отличающихся участков. Поскольку мы знаем, что секвенировать и собрать полный геном мамонта нам не удастся, мы уже столкнулись с первой трудностью такого подхода. Проигнорируем эту проблему, и тогда следующим шагом нам нужно будет спланировать изменения каждого специфического участка слоновьего генома с помощью инструментов для редактирования генома. Если считать, что для каждого изменения понадобится своя cгРНК (CRISPR РНК, или cгРНК, – это часть системы CRISPR-Cas9, которая находит участок генома, подлежащий изменению, и связывается с ним), то нам понадобится создать и поместить в клетку 70 миллионов различных cгРНК. Однако ученые в лаборатории Джорджа Чёрча совершенствуют технику введения в клетку все более длинных фрагментов ДНК, что, возможно, позволит заменять множество азотистых оснований за один раз. Предположим, что эту технологию существенно улучшат, и с помощью каждой cгРНК мы сможем делать, в среднем, 10 изменений. Это снизит число нужных нам cгРНК примерно до 7 миллионов.

Работая над гемоглобином мамонта, команда воскресителей из лаборатории Джорджа Чёрча разработала две cгРНК для внесения трех изменений в ген гемоглобина (одна cгРНК вносит одну правку, а вторая – две). Редактирование ДНК слона происходит в три этапа. Во-первых, нужно доставить в клетку все необходимое для редактирования генома – cгРНК, Cas9 (молекулярные ножницы) и участок ДНК мамонта. Во-вторых, cгРНК должны обнаружить участок генома, который нужно вырезать. В-третьих, механизмы клеточной репарации должны вставить на это место мамонтовую версию соответствующего гена.

Поскольку воскресители мамонта осуществили этот эксперимент, с помощью их результатов можно оценивать общую эффективность процесса вырезания и вставки. Другими словами, можно спросить, какова была доля отредактированных клеток слона, в которых успешно произошли все три изменения? Воскресители мамонта обнаружили, что эффективность разных cгРНК в обнаружении нужной части генома (этап «вырезания») отличается, равно как и эффективность механизмов клеточной репарации в починке каждого разрыва нужным нам образом (этап «вставки»). По их оценке, в этом эксперименте эффективность одной из их cгРНК составила 35 %, а второй (вносящей два изменения) – 23 %. Это означает, что все три изменения удалось внести только в 8 % клеток.

Даже если бы нам удалось уменьшить число cгРНК, которые нам нужно создать, до, скажем, 100 штук (намного меньше сделанной выше оценки в 7 или 70 миллионов) и мы бы оптимистично предположили, что эффективность каждой из них составит около 30 %, это означало бы, что нам нужно изменить как минимум 5×1053 клеток, чтобы получить всего одну, в которой будут одновременно присутствовать все 100 изменений. Это очень большое число. Чтобы как-то представить его себе (хотя представить что-то в таком масштабе очень трудно), имейте в виду, что, по оценке ученых, в человеческом теле около 40 триллионов (4×1013) клеток, а на всей Земле насчитывается 7,5×1018 песчинок.

К счастью, возможно, нам удастся ограничить число необходимых изменений, не прибегая к целевому отбору признаков. Во-первых, некоторые специфические для вида отличия, которые мы наблюдаем, сравнивая отдельный геном индийского слона с отдельным геномом мамонта, не будут прослеживаться в масштабе всех слоновьих и мамонтовых геномов. Вначале кажется, что эти участки отличаются у мамонта и слона, потому что для сравнения у нас есть только по одному представителю каждого вида. Но если перед нами будет множество геномов слонов и мамонтов, мы заметим, что некоторые изменения не зафиксированы в геномах этих видов, но варьируют в их популяциях. Поскольку не у каждого мамонта и не у каждого слона присутствуют эти отличия, можно заключить, что не из-за них мамонт (или слон) выглядит и ведет себя как мамонт. Следовательно, мы можем исключить эти участки из нашей работы по редактированию генома.

Еще один способ ограничить число нужных правок заключается в том, чтобы вносить только те изменения, которые относятся к генам. Геном имеет огромные размеры, и только малая его часть (к примеру, у человека – около 1,5 %) состоит из генов, кодирующих информацию о белках, в то время как вся остальная часть представлена другой ДНК, не кодирующей ничего. Поскольку гены кодируют информацию о белках, а из белков складывается фенотип, наиболее важные генетические различия между двумя видами, вероятно, лежат непосредственно в последовательностях генов.

Удивительно, но эта стратегия имеет некоторые недостатки. К примеру, нам неизвестно расположение всех генов в геноме мамонта, и для их обнаружения придется строить догадки, основываясь на имеющейся у нас информации (сравнении с более детально изученными геномами), и даже в этом случае нам, возможно, не удастся найти все гены. Кроме того, сосредоточившись только на тех отличиях, которые касаются генов, мы рискуем пропустить важные расхождения в некодирующей части генома, которые могут, к примеру, влиять на то, когда и насколько сильно экспрессируется ген. Различия в экспрессии генов способны привести к появлению разных фенотипов, даже если сама последовательность генов абсолютно одинакова.

Не исключено, что в этом случае нам понадобится внести в геномную последовательность все возможные изменения. Джон Чёрч считает, что вскоре это станет осуществимым на практике. Он считает, что ключ к решению в том, чтобы уменьшить число cгРНК, вырезая и вставляя длинные (очень-очень длинные) фрагменты ДНК. Вместо того чтобы вносить всего несколько изменений при помощи одной cгРНК, мы сможем делать тысячи, если не десятки тысяч, изменений за один раз. Уже сейчас группа Джорджа в состоянии синтезировать нити ДНК длиной в 50 тысяч спаренных оснований. Хотя точность таких длинных синтетических цепочек все еще далека от идеала, технология совершенствуется, в то время как ее стоимость падает. Если бы нам удалось синтезировать весь геном мамонта, скажем, кусками по 100 тысяч пар оснований, то мы могли бы вырезать и вставить весь геном мамонта внутрь генома индийского слона при помощи менее чем 350 cгРНК.

Однако 350 – это все еще очень много, и, исходя из вышеописанной логики, нам понадобилось бы до нелепости огромное число клеток, даже если бы все эксперименты по вырезанию и вставке имели исключительно высокую результативность. Однако логика, изложенная выше, не особенно логична, и она не учитывает то, как мы будем проводить этот эксперимент в реальности. Вместо того чтобы попытать счастья, рассчитывая, что 100 (или 350) маловероятных событий произойдут одновременно, мы будем проводить эксперимент поэтапно, внося несколько изменений и оценивая результат, а затем добавляя еще несколько изменений в те клетки, которые удалось успешно отредактировать, и т. д. Эксперимент все равно будет очень трудным, и на его завершение все равно потребуется много времени, однако при таком подходе результат в принципе достижим.

Сейчас нам неизвестна полная геномная последовательность мамонта. Однако есть вероятность, что мы выясним большую ее часть в течение нескольких лет. Пока что мы не можем отредактировать геном индийского слона таким образом, чтобы он полностью соответствовал геному мамонта. Эта технология также совершенствуется. На самом деле технологии, необходимые для этого конкретного этапа возрождения вымерших видов, вероятно, прогрессируют быстрее всего.

 

Больше, чем сумма нуклеотидов

Редактирование генома будет становиться все более эффективным способом преобразования генома живого вида или его части, в нечто, напоминающее геном вымершего вида. Однако некоторые важные различия между видами могут вообще не иметь отношения к последовательности нуклеотидов в их геномах. Следовательно, одного изменения генома может быть недостаточно для того, чтобы возродить исчезнувший фенотип.

Геном – это сложная структура. Геномы живут внутри клеток, которые обитают в телах, в свою очередь живущих в окружающей их среде. В разных клетках, разных телах и разных средах одни и те же геномы (идентичные в своих кодирующей и некодирующей частях) могут формировать очень разные фенотипы. Однояйцовые близнецы, к примеру, имеют идентичные геномы. Однако по мере взросления однояйцовые близнецы становятся все более разными с точки зрения фенотипа и поведения. Как это возможно, если их геномы абсолютно одинаковы?

Помимо генома все организмы имеют так называемый эпигеном. Эпигеном – это довольно запутанное понятие, и не все ученые дают ему одинаковое определение. В моем понимании, эпигеном можно представить в виде набора ярлыков, прикрепленного к геному. Эти ярлыки указывают на то, включен ли ген (вырабатывает белки) или выключен (не вырабатывает белки). Важно, что ярлыки на самом деле не являются частью генома, а значит, в течение жизни организма они могут изменяться. Эпигенетические ярлыки могут наследоваться, – это значит, что эпигенетическое состояние определенного гена может иногда передаваться от родителя к ребенку. Эти ярлыки могут, к примеру, приказать клетке включать только те гены, которые нужны ей для того, чтобы выполнять работу сердечной клетки. Другие ярлыки не наследуются в традиционном смысле, а возникают или изменяются вследствие взаимодействия между организмом и его средой обитания.

Известно большое разнообразие факторов внешней среды, воздействующих на эпигеном. Характер питания организма, стресс, токсины, физическая нагрузка – все это изменяет эпигеном, влияя на то, какие гены будут экспрессироваться, когда и насколько сильно. Ко времени, когда однояйцовые близнецы становятся взрослыми, их эпигеномы существенно различаются, хотя их геномы остаются одинаковыми. Именно сочетание геномной последовательности и эпигенетических изменений, накопленных за срок жизни каждого близнеца, приводит к развитию у них определенных фенотипов.

Осложнит ли эпигенетика нашу работу по возрождению вымерших видов? Мы не знаем. Пусть мы отредактируем геном слона, внеся в него участки ДНК мамонта, но организм, который начнет развиваться в результате, будет иметь эпигеном слона. Находясь в матке, он будет подвергаться воздействию среды, характерной для развития слона: его мать будет питаться едой, подходящей для слонов, жить в окружении, типичном для слонов, и у нее будут экспрессироваться слоновьи гены. Эмбрион будет питаться от слоновьей плаценты, в которой экспрессируются гены слона, модифицированные эпигеномом слонихи-матери.

Хотя мы не можем изучить эффект, который оказывает среда на развивающийся эмбрион, с помощью однояйцовых близнецов (потому что их внутриутробное развитие происходит в одной и той же среде), мы знаем, что здоровье матери и ее рацион во время беременности способны глубоко воздействовать на развитие плода. Характер питания матери может даже иметь отдаленные последствия для здоровья ребенка в течение дальнейшей жизни, к примеру увеличивать риск развития сердечно-сосудистых заболеваний или ожирения. Нам также известно, что, как ни удивительно, рацион матери до беременности может повлиять на эпигенетическое состояние ее генов, что повлияет в дальнейшем на развитие эмбриона. Почти наверняка характер питания и величина стресса, которому подвергнется мать-слониха, повлияют на развитие эмбриона мамонта (или эмбриона животного, подобного мамонту), но какими в точности будут эти эффекты, остается неизвестным.

В ряде случаев специфическая для вида среда развития эмбриона не играет ключевой роли в успешном развитии плода. Ученые из компании Роберта Ланзы Advanced Cell Technology, работающей в области генной инженерии, успешно клонировали гаура и бантенга (живые виды, находящиеся под угрозой исчезновения, близкие родственники домашних быков) методом ядерного переноса, используя домашних коров в качестве суррогатных матерей. Обе беременности протекали хорошо, и оба рожденных теленка прекрасно себя чувствовали. Однако неизвестно, чем отличались бы от этих животных клоны, рожденные от суррогатных матерей их собственных видов.

А что насчет среды, в которую организм попадет после рождения? Эпигенетические изменения накапливаются в течение жизни, и стимулирует их появление среда, в которой живет организм. В какой мере внешний вид и поведение мамонта зависят от его генома, а в какой – от жизни в степной тундре? Для того чтобы выяснить это, нам, возможно, понадобится время.

Одно их главных технических препятствий на пути успешного возрождения вымерших видов заключается в том, что мы пока не до конца понимаем геном и то, как он взаимодействует с окружающей средой. Как это препятствие преодолеть, пока непонятно. Удастся ли нам секвенировать геном мамонта до конца и выяснить, где в нем расположен каждый ген и за что он отвечает? Это позволило бы нам обойтись минимальными изменениями и в результате все равно получить мамонта. Или же технология редактирования генома дойдет до уровня, на котором мы сможем внести все необходимые изменения и получить геном, на 100 % соответствующий мамонтовому? Придумаем ли мы способ узнать, каким было эпигенетическое состояние древних тканей, в качестве первого шага к определению генов, которые должны быть включены или выключены у возрожденных особей?

Возможно, у нас вскоре появятся ответы на эти вопросы. Эксперименты по «нокину» и «нокауту» генов, в ходе которых ученые либо включают, либо выключают специфические гены у дрожжей, мышей и мух-дрозофил, позволяют нам выяснить, где находятся гены, что они делают и как взаимодействуют друг с другом. Для определения специфических генетических изменений, связанных с определенными фенотипами, к примеру адаптированными к жизни на большой высоте или подверженными развитию рака и других заболеваний, организовываются масштабные проекты по секвенированию генома человека на уровне популяции. Эти эксперименты нацелены на поиск способов определить наиболее «важные» изменения, которые следует внести. В то же время быстро развивается технология, лежащая в основе систем CRISPR-Cas9. Уже сейчас с помощью этих систем редактируются геномы более чем двадцати различных видов, при этом вырезаются и вставляются фрагменты генома длиной порядка десятков тысяч нуклеотидов. Вполне вероятно, что в конечном итоге мы найдем способ редактировать геном целиком.

Расшифровка древних эпигеномов тоже может оказаться осуществимой, отчасти благодаря тому, как именно происходит распад ДНК с течением времени. Оказывается, что метилирование ДНК – один из способов, которыми эпигеном «размечает» геном, – взаимодействует с процессом распада ДНК интересным и полезным для нас образом. При метилировании эпигеном изменяет геном, добавляя к цитозину (одному из четырех азотистых оснований, образующих ДНК) метильную группу (CH3). При распаде ДНК также задействуются цитозиновые основания, однако иным образом. При распаде ДНК цитозиновые основания зачастую дезаминируются – теряют часть своей химической структуры (аминогруппу) и превращаются в урацил, азотистое основание, при других условиях не встречающееся в ДНК. Но когда метилированные цитозиновые основания теряют аминогруппу, сочетанное действие двух этих химических процессов превращает цитозин не в урацил, а в тимин – еще один из четырех нуклеотидов, формирующих ДНК. Мы можем реконструировать древний эпигеном, отделив дезаминированные цитозиновые основания, которые превратились в тиминовые основания (появившиеся в результате процессов распада в ДНК, но после того, как на них воздействовал эпигеном), от тех, которые превратились в урациловые основания (также образовавшиеся в результате распада ДНК, однако не испытывавшие воздействия эпигенома).

Исследовательская группа Людовика Орландо из Копенгагенского университета в Дании впервые использовала такой подход для реконструкции эпигенома палеоэскимоса из гренландской культуры Саккак возрастом в 4 тысячи лет. Вскоре после этого группа ученых из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка, расположенного в немецком городе Лейпциге, а также из Еврейского университета в Иерусалиме составила эпигенетическую карту двух древних гоминин – неандертальца и денисовского человека. Ученые обнаружили около 2 тысяч различий между реконструированными эпигеномами древних гоминин и эпигеномами современных людей. Какие-то из этих расхождений могут отвечать за ряд различий в строении скелета между нами и нашими древними кузенами.

В то время как технологии секвенирования, редактирования и изучения генома развиваются с большой скоростью, новые инструменты, как правило, приспособлены для работы с теми видами, которые мы лучше всего изучили. Мы знаем о слонах намного меньше, чем о мышах, дрозофилах или людях, и то же самое справедливо для многих кандидатов на возрождение. Эти инструменты можно приспособить для исследования других видов, но пока на пути полной реконструкции геномов вымерших видов все еще высятся препятствия. Однако Джордж Чёрч – человек очень высокий.