Bioteknologia
Geenimuokatut hirmusuden kaltaiset pennut haastavat käsityksen lajien palauttamisesta
Lisää Securities.io suosikkilähteisiisi Google-palvelussa
Tieteellinen elvytys
Jo ennen sivilisaatioiden syntyä kuoli sukupuuttoon monia lajeja. Syinä pidetään usein jääkauden päättymistä seurannutta ilmaston lämpenemistä sekä metsästystä tai kilpailua varhaisten ihmisryhmien kanssa.
Koska osa näistä sukupuutoista tapahtui geologisesti hiljattain, noin 10 000 vuotta sitten, kylmiltä alueilta on voitu löytää jäännöksiä, joissa on vielä tutkittavaa DNA:ta. Dinosaurusten käyttökelpoisen DNA:n löytyminen Jurassic Parkin tapaan jäänee tieteisfiktioksi, mutta joistakin myöhemmin kadonneista lajeista voidaan tunnistaa geenimuotoja ja ominaisuuksia.
Juuri tähän biotekniikkayhtiö Colossal Biosciences kertoo pyrkineensä sukupuuttoon kuolleen hirmusuden kohdalla.
Hirmususi katosi noin 12 500 vuotta sitten. Se on tullut suurelle yleisölle tutuksi myös George R. R. Martinin fantasiakirjoista ja HBO:n Game of Thrones -sarjasta.
Colossal hyödynsi hankkeen julkisuusarvon kuvaamalla uudet sudenpennut Martinin kanssa ja nimeämällä yhden pennuista hänen kirjojensa hahmon mukaan.
«Olemme saaneet kolme hirmusuden kaltaista pentua. Romulus ja Remus ovat viiden kuukauden ikäisiä ja painavat noin 80 paunaa.
Lisäksi on hieman yli kuusiviikkoinen Khaleesi, ensimmäinen naaraspentumme.»
Ovatko eläimet kuitenkaan biologisessa mielessä hirmususia? Entä mitä hanke merkitsee luonnonsuojelulle ja yhtiön tavoitteelle luoda villamammutin kaltaisia eläimiä?
Hirmususi lajina
Hirmususi ei kuulunut samaan sukuun kuin nykyinen harmaasusi. Molemmat kuuluvat Canidae-heimoon ja Canina-alaryhmään. Hirmususi muodostaa oman sukunsa, Aenocyon («hirvittävä koira»), kun taas nykyiset sudet kuuluvat Canis-sukuun.
Lähde: Thallaso Atrox
Hirmususi oli suunnilleen suurimpien nykyisten harmaasusien kokoinen tai hieman suurempi. Sillä oli suhteessa suuri pää, vahvat leuat ja pienemmät jalat, joiden on arveltu liittyneen ajan suurten saaliseläinten metsästykseen.
Sen kallon ja hampaiston perusteella purentavoiman on arvioitu olleen suurempi kuin nykyisillä susilla ja koirilla.
Lähde: The Armory
Sukupuuton tarkasta syystä kiistellään. Todennäköisesti siihen vaikuttivat jääkauden päättymisen jälkeiset ympäristömuutokset, suurten saaliseläinten väheneminen sekä kilpailu muiden petojen ja ihmisten kanssa.
Colossalin lajien palauttamiseen tähtäävä työ
Hankkeen tavoitteet
Hirmusuden kaltaisen eläimen luominen ei ole Colossalin ensimmäinen geenitekniikkahanke.
Kuukautta aiemmin yhtiö esitteli niin sanotun villahiiren. Hiirille tehtiin useita geenimuokkauksia, joilla jäljiteltiin villamammutin turkkiin ja kylmänsietoon liittyviä ominaisuuksia.
Lähde: IFL Science
Muutokset eivät koskeneet vain turkin ulkonäköä. Niillä pyrittiin myös muuttamaan kylmänsietoa ja rasva-aineenvaihduntaa eli ominaisuuksia, joita tarvittaisiin, jos lämpimään ilmastoon sopeutuneesta norsusta haluttaisiin tehdä arktisiin oloihin sopiva mammutin kaltainen eläin.
Lähde: IFL Science
Colossal on osallistunut myös punasuden suojelutyöhön; luonnossa elää enää pieni kanta Koillis-Pohjois-Carolinassa. Hanke on herättänyt kiistaa, koska eläimet ovat geneettisesti kojootin ja punasuden risteymiä eivätkä yksiselitteisesti alkuperäisiä punasusia.
Miten prosessi toimii?
Perusajatuksena on analysoida kadonneesta lajista saatua DNA:ta ja verrata sitä läheisten, yhä elävien lajien perimään.
«Colossal kertoo palauttaneensa hirmusuden ominaisuuksia. Käytimme noin 13 000 vuotta vanhaa hammasta ja 74 000 vuotta vanhaa kalloa sekä sovelsimme samaa teknologiaa punasusien suojeluun.»
Yhtiö kuvaa prosessia kolmen tavoitteen yhdistelmäksi:
- Kadonneen lajin tunnusomaisiin piirteisiin liittyvien geenimuotojen palauttaminen.
- Eläimen sopeutumisen tukeminen nykyisiin ympäristöoloihin muilla geenimuokkauksilla.
- Tauteihin ja muihin uhkiin liittyvän vastustuskyvyn kehittäminen, jotta eläin voisi selviytyä.
Lähde: Colossal
Hanke vaatii paljon muutakin kuin geenimuokkausta, vaikka CRISPR-Cas9 onkin Colossalin keskeinen työkalu.
Yhtiö käyttää tekoälyä ja koneoppimista laajojen biologisten aineistojen käsittelyyn ja uskoo voivansa hyödyntää näitä työkaluja myöhemmin myös muilla aloilla.
Lisäksi tarvitaan alkionkehityksen osaamista, jotta muokattu alkio voidaan siirtää sijaissynnyttäjään, olipa kyse sudesta tai norsusta.
Onko kyse todella sukupuuton kumoamisesta?
Biologit ja luonnonsuojelijat kiistelevät siitä, palauttaako Colossal todella kadonneita lajeja ja kuinka hyödyllisiä hankkeet ovat.
Kiistan ytimessä on lajin määritelmä. Pelkkä ulkonäkö ei nykyisen genetiikan valossa riitä osoittamaan, että eläin kuuluu samaan lajiin kuin fossiileista tunnettu esikuva.
Colossalin tunnistamat ja muokkaamat geenierot voivat tehdä pennuista hirmusuden näköisiä, mutta niiden perimän pääosa on edelleen harmaasuden. Siksi monet tutkijat kuvaavat niitä geenimuokatuiksi harmaasusiksi eivätkä palautetuiksi hirmususiksi.
«Muinainen DNA on hajonnutta, ikään kuin tuore DNA olisi ollut yön yli erittäin kuumassa uunissa. Sen osia voidaan järjestää ja vertailla, mutta siitä ei saada ehjää perimää kloonaamista varten.»
«Eläimet ovat geenimuokattuja harmaasusia. Niillä on joitakin hirmusuden kaltaisia piirteitä, kuten suurempi kallo ja valkoinen turkki.»
Kritiikistä huolimatta useiden ominaisuuksien muuttaminen samassa eläimessä on merkittävä tekninen saavutus, ja menetelmillä voi olla muitakin käyttökohteita.
Miksi tällaista hanketta tehdään?
Colossal vertaa hankkeitaan Apollo-ohjelmaan ja esittää lajien palauttamisen keinona kehittää laajemmin geenitekniikkaa.
«Apollo-ohjelman tavoin Colossalin tutkimustyö tuottaa jatkuvasti uusia työkaluja tiedeyhteisölle. Tavoitteena on tekninen läpimurto, jolla voisi olla myönteisiä vaikutuksia maapallon luonnon monimuotoisuuteen ja terveyteen.»
Tavoitteet eivät kuitenkaan ratkaise kysymystä siitä, mitä uusille eläimille tehtäisiin. Luontoon vapauttaminen voisi tuoda hyötyjä tai riskejä ekosysteemeille, eikä vaikutuksia voida päätellä pelkästään eläimen ulkonäöstä.
«Uudet menetelmät, kuten muinaisen DNA:n syväsekvensointi, ominaisuuksien vertailu, usean geenikohdan muokkaus ja kloonaustekniikat, voivat auttaa säilyttämään tai palauttamaan kadonneita perinnöllisiä ominaisuuksia. Hirmusuden kaltainen eläin on yksi varhainen esimerkki tästä työstä.»
Mahdolliset tulevat sovellukset
Kadonneiden lajien piirteiden jäljittely
Colossalin tunnetuin tavoite on edelleen villamammutin kaltaisen eläimen kehittäminen.
Yhtiö on analysoinut kymmeniä villamammutin, kolumbianmammutin ja aromammutin perimiä sekä verrannut niitä norsujen perimiin. Näin se pyrkii tunnistamaan mammuttien kylmänsietoon ja ulkonäköön liittyviä geenimuotoja.
Hankkeelle on esitetty myös kaupallisia käyttötapoja, kuten matkailua. Tällaiset suunnitelmat ovat kuitenkin spekulatiivisia ja herättävät eläinten hyvinvointiin sekä suojelun tavoitteisiin liittyviä kysymyksiä.
Lähde: Colossal
Suunnitelmissa ovat myös dodot sekä pussihukka eli tasmaniantiikeri.
Hirmususi- ja mammuttihankkeet toimivat samalla yhtiön teknisinä oppimisprojekteina ja näkyvinä esimerkkeinä sen osaamisesta.
Tutkimusta johtaa George Church, joka on ollut kehittämässä genomien sekvensointia, DNA-kirjastoja, geenimuokkausta ja kantasolutekniikoita.
Nykyisten lajien ominaisuuksien muokkaaminen
Samoja menetelmiä voitaisiin käyttää kotieläinten tai viljelykasvien ominaisuuksien muuttamiseen, esimerkiksi satoisuuden tai ympäristön rasitusten sietokyvyn parantamiseksi. Hyötyjen lisäksi tällainen työ edellyttää ekologisten, eettisten ja turvallisuusvaikutusten arviointia.
Colossalin laboratoriot tutkivat muun muassa karjatalouden täsmäratkaisuja ja kestävämpää maataloutta.
Lähde: Colossal
Pidemmällä aikavälillä geenitekniikalla voidaan kehittää organismeja tuottamaan uusia materiaaleja tai lääkeaineita. Näiden sovellusten toteutuskelpoisuus vaihtelee, ja monet ovat vasta tutkimusvaiheessa.
Biotekniikka ympäristön puhdistuksessa
Colossal on tarkastellut myös kasvien ja mikrobien käyttöä saastumisen vähentämiseen. Sen laboratorioista irtautunut yhtiö Breaking kehittää muovijätteen hajottamiseen tarkoitettuja mikrobeja.
Breaking on kehittänyt Harvardin Wyss-instituutin kanssa MICROBE X-32™ -mikrobikokonaisuutta, jonka tavoitteena on nopeuttaa useiden muovityyppien hajoamista.
Biotekniikan tutkimustyökalut
Hirmusuden kaltaisten eläinten ja mammuttihankkeen kehittäminen vaatii laajojen biologisten aineistojen käsittelyä ja tulkintaa. Yhtiö on kehittänyt bioinformatiikan työkaluja sekä DNA-viivakoodien rinnakkaiskäsittelyä, jolla voidaan seurata monia näytteitä samassa kokeessa.
Lääketiede ja laskennalliset työkalut
Colossal on käyttänyt CRISPR-Cas9-muokkausta eläin- ja solumallien kehittämiseen. Tällaisia malleja voidaan hyödyntää sairauksien tutkimuksessa ja lääkekehityksessä.
Yhtiön piirissä on kehitetty myös AAV-viruksiin perustuvia geeniterapiatyökaluja. Niitä kaupallistamaan perustettu FormBio. FormBio käyttää tekoälyä ja koneoppimista solu- ja geeniterapiakandidaattien arviointiin sekä AAV-lääkkeiden valmistuksen suunnitteluun.
Myös alkioiden ja koeputkihedelmöityksen tutkimus voi tuottaa menetelmiä kudostekniikkaan, kantasolututkimukseen ja elinsiirtoihin, mutta sovellukset ovat eri kehitysvaiheissa.
Johtopäätökset
Riippumatta siitä, kutsutaanko eläimiä palautetuiksi hirmususiksi vai geenimuokatuiksi harmaasusiksi, yhtiö on osoittanut kykenevänsä muuttamaan useita perinnöllisiä ominaisuuksia samassa eläimessä.
Hirmusuden kaltaiset pennut ja villahiiret osoittavat, että yhtiö pystyy tekemään useita samanaikaisia geenimuokkauksia, jotka vaikuttavat aineenvaihduntaan ja ruumiinrakenteeseen.
Menetelmillä voi olla sovelluksia esimerkiksi kotieläintuotannossa ja maataloudessa, mutta niiden hyödyt ja riskit on arvioitava tapauskohtaisesti.
Eläinten lisäksi samaa teknologiaa voidaan käyttää kasvien, mikrobien ja muiden organismien muokkaamiseen esimerkiksi ympäristöongelmien ratkaisemiseksi.
Työssä on syntynyt myös virusvektoreihin, bioinformatiikkaan, tekoälyyn, koneoppimiseen ja solujen käsittelyyn liittyviä työkaluja. Niillä voi olla käyttöä geeniterapiassa, tautimalleissa ja regeneratiivisessa lääketieteessä, jos jatkotutkimus osoittaa ne toimiviksi ja turvallisiksi.
