Deekstinkcija: Čovjek će uskoro moći rekreirati izumrle vrste, ali koje da vrati u život? Hoće li tek to narušiti bioravnotežu

Dr. George Church, ekscentrični doajen molekularne biologije i veteran dekodiranja genoma, bacio se na područje sintetske biologije na kojoj se i temelje noviji pristupi u oživljavanju izumrih organizama. Postoji mogućnost da mamut bude rekonstruiran za dvije godine

Naslovna slika: Dodo, ptica s Mauricijusa, koju su ljudi pobili

• dr. sc. Tamara Čačev viša je znanstvena suradnica u Zavodu za molekularnu medicinu Instituta Ruđer Bošković

Vrste izumiru i nastaju nove, to je evolucijska činjenica. Iako zasada ljudi ni približno nisu dosegnuli učinak prirodnih kataklizmi koje su harale Zemljom od njenog postanka, intenzivnom eksploatacijom resursa i zagađenjem okoline, a bez opasnog predatora koji bi korigirao njegovu brojnost osim sebe samog, čovjek je danas najbitniji čimbenik u procesu izumiranja vrsta.
Živi li trenutno na Zemlji manje vrsta nego u prošlosti? Pitanje se čini trivijalno, svi smo čuli bar za neku životinjsku ili biljnu vrstu koju je čovjek svojim djelovanjem uklonio s ove planete. Jedan od poznatijih primjera je ptica dodo (Raphus cucullatus) koju su ljudi krajem sedamnaestog stoljeća istrijebili s Mauricijusa. Dodo je bila ptica neletačica bez prirodnog neprijatelja u vidu nekog grabežljivca te je stoga i uspjela opstati živeći na tlu. No, dolaskom čovjeka na Mauricijus, postala je lak plijen kako ljudima tako i životinjama koje su zajedno s njime doselile na otok. Ipak, da bismo odgovorili na pitanje s početka najprije bismo trebali znati koliko vrsta uopće živi danas na Zemlji, a točan je odgovor da točnog odgovora nema.

Možda ima mjesta koja još nije posjetio: David Attenborough i Kraljica

Do danas je identificirano oko 1.4 do 1.8 milijuna vrsta, no neke procjene dosežu i do 100 milijuna. Unatoč tome što je svijet postao globalno selo, još na ovoj planeti ima mjesta na koja čovjek, pa makar on bio i Sir David Attenborough, nije kočio, a koja skrivaju pravo bogatstvo živog svijeta. Zgodan je primjer jedne tropske prašume u Panami u kojoj je uzorkovanjem insekata sa svega 19 stabala 1980. godine otkriveno gotovo 1000 novih vrsta kukaca. Ipak, smatra se da je brzina izumiranja vrsta danas 1000-10000 puta viša od prirodne brzine izumiranja bez utjecaja čovjeka. Također se procjenjuje da svake godine izumre između 0.01 do 1% vrsta. Ako uzmemo konzervativnu brojku od oko 2 milijuna vrsta, godišnje ih dakle izumre između dvije stotine i dvije tisuće. Priznajte, niste sigurni niti da biste mogli nabrojati 2000 različitih biljaka i životinja, a kamoli da ste opazili kako ih nema od prošle godine. Upravo to je i dio razloga zašto nam se ova priča o izumiranju čini dalekom i nevažnom za naš svakodnevni život.

Vrste izumiru i to je „fact of life“, nećemo biti licemjerni pa tvrditi da većinu nas to duboko pogađa na svakodnevnoj razini i da noću ne spavamo zbog ove činjenice. Ipak možda bismo se trebali zamisliti jer u prirodi je sve stvar ravnoteže u složenim međuodnosima koji nas u konačnici mogu stajati glave

Usput, kad smo već kod Sir Attenborougha, po njemu je imenovano desetak novootkrivenih vrsta od biljki mesožderki do nekih insekata(1). O samoj sistematizaciji vrsta i njihovom imenovanju također bi se dalo štošta napisati no o tome ću možda nekom drugom prilikom.
U redu, vrste izumiru i to je „fact of life“, nećemo biti licemjerni pa tvrditi da većinu nas to duboko pogađa na svakodnevnoj razini i da noću ne spavamo zbog ove činjenice. No, ipak možda bismo se trebali zamisliti jer u prirodi je sve stvar ravnoteže u složenim međuodnosima koji nas u konačnici mogu stajati glave. Poznata je ona kontoroverzna pričica koja se navodno pogrešno pripisuje Einsteinu o svijetu bez pčela i propasti čovječanstva.
Vrste dakle izumiru, ali eto već danas, a vrlo izvjesno u budućnosti, napredak molekularne biologije će nam omogućiti da neke od njih vratimo natrag u život. Ovaj proces naziva se deekstinkcija (termin je skovan 2012.g.), a radi se o stvaranju organizama koji su pripadnici ili u velikoj mjeri nalikuju nekoj izumrloj vrsti(2)

Napredak u razumijevanju i manipulaciji matičnim stanicama, sve bolje metode ekstrakcije drevne DNA iz fosilnih ostataka, rekonsturiranje čitavih genoma iz takvih uzoraka slabe kvalitete, uređivanje genoma metodom CRISPR-Cas9 mogući su već danas, tako da pitanje nije da li ćemo to uspjeti, već je pitanje kada će se to dogoditi.
Drugo je pitanje zašto bismo to radili? Koje ćemo vrste odabrati? Što će se dogoditi kad unesemo neku davno izumrlu vrstu u neki današnji ekosustav? Sve su to pitanja na koja će trebati odgovoriti, ali meni je osobno najfascinantnije da ćemo to biti sposobni napraviti(3).

Zašto bismo oživljavali izumrle vrste? U Jurskom parku je to bilo radi zabave, no to je malo vjerojatno u realnosti. Neki smatraju da je to nepotrebno zadiranje u prirodan tijek stvari, no oni koji im kontriraju kažu kako je čovjek taj koji je napravio štetu te je stoga mora i popraviti. Upravo je to jedan od argumenata koji se navodi kao razlog zašto bi se takvi poduhvati uopće poduzimali. No, i za ovu argumentaciju postoji protuargument da nije nužno trošiti ograničena sredstva na oživljavanje izumrlih vrsta dok postoje one koje su na rubu izumiranja i koje bi trebalo zaštititi. Stoga se kao još jedan bitan razlog navodi biološka korist od takvog poduhvata.

Bioraznolikost je zapravo set različitih rješenja na „konstrukcijske“ probleme na koje su živa bića nailazila tijekom svoje evolucije. U tom smislu ne bi bilo loše imati već „isprogramirana“ rješenja u živućim organizmima za potencijalne izazove, od klimatskih promjena do različitih zagađenja, koja bi se onda mogla nadograditi prema našim potrebama. Tako je npr. argumentacija nekih ruskih ekologa za vraćanje mamuta u Sibir njegova vitalna uloga u održavanju travnjaka koji su nestali zajedno s izumiranjem mamuta prije 12 000 godina i pretvorili se u manje produktivnu tundru.

Pirinejski kozorog, izlovljen u prošlom mileniju, vrsta koju su znanstvenici pokušali ponovo stvoriti

Prvi pokušaji deekstinkcije na temelju napretka u embriologiji i reproduktivnoj biologiji dogodili su se 2003. godine kada je tim španjolskih i francuskih znanstvenika pokušao ponovno stvoriti Pirinejskog kozoroga (Capra pyrenaica pyrenaica). On je do početka ovog stoljeća živio visoko u Pirinejima, no njegovu populaciju je uništio prekomjerni izlov. Do 1999. godine ostala je na životu samo jedna ženka imenom Celia koja je bila praćena putem ogrlice, no nažalost, nakon manje od godinu dana i ona je uginula nesretnim stjecajem okolnosti kada se na nju srušilo drvo.

U laboratorijima su imali kulturu njenih stanica pa su je pokušali klonirati. Postupak je uključivao prijenos jezgre iz stanica dobivenih od Celie u jajne stanice obične koze iz koje je prethodno uklonjena njena vlastita jezgra s genomskom DNA. Načinjeno je više desetaka implantacija tako transformiranih jajnih stanica, no samo je jedna trudnoća završila rođenjem klona koji je nažalost uginuo svega par minuta nakon rođenja, zbog razvojnog deformiteta pluća. Ipak, od tada do danas molekularna embriologija je napredovala pa nije isključeno da se ukoliko se održi kultura stanica ove zadnje jedinke kozoroga u laboratoriju, možda uskoro svjedočimo novom pokušaju sa sretnijim ishodom.

Za većinu izumrlih vrsta prvi korak u njihovom oživljavanju bit će pronaći dovoljno dobro očuvan primjerak uginule životinje. U tom smislu su mamuti možda jedan od boljih odabira zbog sibirskih staništa okovanih snijegom. S tim ciljem je i poduzeta ekspedicija sastavljena od znanstvenika iz Sooam Biotech Research Foundation u Seoulu i Sjeveroistočnog federalnog Sveučilišta u Yakutsku koja je nakon bušenja dugačkih tunela u zamrznutim stijenama pronašla ostatke tkiva mamuta uključujući koštanu srž, dlaku, kožu i masne stanice(4). Idealno bi bilo da se pronađe bar jedna živa zamrznuta stanica ili jezgra takve stanice, no treba biti realan i priznati nevjerojatnost takvog nalaza, iako ne treba se nikad prestati nadati da će nam se takva sreća možda dogoditi. Kada bismo imali barem jednu živu stanicu takvog organizma, postojala bi šansa da se ona umnoži u laboratoriju i da se takve stanice zatim reprogramiraju u embrionalne iz kojih bi onda mogli uzgojiti čitavu novu jedinku. Slonice bi preuzele ulogu surogat majki, budući da su slonovi najbliži živući srodnici izumrlog mamuta. U njih bi se implantirali takvi embriji, te bismo nakon toga morali čekati gotovo dvije godine koliko traje gestacijski period kod slonova na konačni ishod ovog poduhvata. No, kako je već rečeno, vjerojatnost za takav nalaz je iznimno mala, tako da je ovaj pristup koji se temelji na kloniranju preživjele stanice manje vjerojatan pristup, osim za vrste na rubu izumiranja te se stoga u poslijednje vrijeme javljaju i neke nove ideje kako pristupiti rješavanju ovog problema.

George Church: Mamuta očekuje za dvije godine, a bit će uzgojen u umjetnoj maternici slona.

Jedan od predvodnika novog pristupa oživljavanju izumrlih vrsta je Dr. George Church, ekscentrični doajen molekularne biologije i veteran dekodiranja genoma, koji se danas bacio na područje sintetske biologije na kojoj se i temelje noviji pristupi u oživljavanju izumrih organizama. U ovom pristupu krenulo bi se od očuvanih fragmenata molekule DNA ekstrahiranih iz svih dostupnih ostataka neke vrste te bi se oni zatim sekvencionirali i dobivene sekvence DNA bi se složile poput velikog puzzlea u glavninu genoma nekog organizma. Zašto glavninu a ne cijeli genom? Zbog toga što je mala vjerojatnost da ćemo imati informaciju o cijelom genomu, no to nije niti nužno. Važno je znati sekvencu onih gena po kojima se izumrla vrsta razlikuje od neke najbliže živuće vrste dok bi se dijelovi koji nedostaju mogli „nadopisati“ uz pomoć sintetske biologije na temelju podataka o genomu srodne vrste. Tako napisani genom bi se onda opet unio u stanice srodne živuće vrste iz koje bi bio uklonjen njen genom.

Alternativno i tehnički možda lakše izvedivo bilo bi da se odaberu samo oni razlikovni geni koji daju karakteristična svojstva izumrle vrste te da se samo oni selektivno ugrade metodama uređivanja genoma poput CRISPR-Cas9 u genom bliske srodne živuće vrste. Kako je ovdje polazni materijal fragmentirana DNA, u slučaju mamuta postoji dosta primjeraka smrznutih u permafrostu te bi rekonstrukcija gena na ovaj način bila vjerojatnija. George Church se ovog projekta ozbiljno prihvatio te je 2014. godine započeo koristiti upravo ovu tehnologiju kako bi u genom azijskog slona ugradio gen za hemoglobin koji bi bio rezistentan na hladnoću, a ideja je i da mu se poveća masni omotač te smanje uši kako bi se zaštitio od hladnoće te da mu se naravno doda i krzno. U travnju ove godine na jednoj znanstvenoj konferenciji objavljeno je kako su do sada uređena 44 gena no konačni mamut se očekuje najranije za 2 godine a bit će najvjerojatnije uzgojen u umjetnoj maternici slona(5).

Vrste koje su izumrle relativno nedavno, u proteklih nekoliko desetina tisuća godina bit će možda lakše oživjeti nego primjerice dinosaure iz Jurskog parka. Vjerojatno će se raditi o vrstama sa bitnom funkcijom unutar ekosustava. Jesu li mamut ili golub selac baš prioritetni? Možda je važnije da pokušamo vratiti one vrste koje su nedavno izumrle

Ovaj pristup bio bi također pogodniji i za oživljavanje izumrlih vrsta ptica, poput goluba selca (Ectopistes migratorius), izumrle sjevernoameričke vrste, budući da je još manja vjerojatnost da bi se negdje moglo pronaći dobro očuvano jaje ali možda bi se mogla iskoristiti fragmentirana DNA. No ovim se pristupom modificira postojeća vrsta na način da nalikuje onoj izumrloj, ima neka njezina bitna svojstva no to i dalje ne bi bila u potpunosti ista vrsta jer bi bila „pokrpana“ genomom svojih živućih srodnika.
Ako i kada se to dogodi i stvarno oživimo nekoliko izumrlih jedinki napravili smo tek prvi korak jer se postavlja pitanje kako ćemo doći do toga da se jedinke same nastave reproducirati u svojem prirodnom staništu? Sve su to teška pitanja koja će se se otvoriti kada se prvo tehničko pitanje zatvori.
Iz navedenih primjera može se zaključiti kako će vrste koje su izumrle relativno nedavno, u proteklih nekoliko desetina tisuća godina biti možda lakše oživjeti nego primjerice dinosaure iz Jurskog parka zbog toga što jednostavno nemamo kvalitetnog izvora živih stanica ili cjelokupne DNA tih organizama iz kojeg bi njihov genom mogao biti u potpunosti rekonstruiran. Vjerojatno će se također raditi o vrstama sa bitnom funkcijom unutar ekosustava iz kojeg su uklonjene pa bi njihova reintrodukcija imala povoljan učinak. Jesu li mamut ili golub selac baš prioritetni? Možda je važnije da pokušamo vratiti one vrste koje su nedavno izumrle. (6)
I na kraju ono što je možda pravi odgovor na pitanje zašto se rade ovakvi iskoraci u znanosti, poput sekvenciranja prvog genoma, kloniranja ovce Dolly, kooperacije tisuća znanstvenika u CERNU i tome slični projekti jest da osim neposrednog cilja koji se želi ostvariti ovi projekti imaju i indirektni učinak kroz razvoj novih tehnologija koje kasnije nalaze svoju primjenu u puno širem području od onog za koje su razvijene.

Literatura

1) https://www.earthtouchnews.com/natural-world/natural-world/in-photos-nine-species-named-after-sir-david-attenborough/
2) Lucia Martinelli L, Oksanen M, Siipi M. De-extinction: a novel and remarkable case of bio-objectification Croat Med J. 2014 Aug; 55(4): 423–427.
3) http://reviverestore.org/
4) https://www.theatlantic.com/magazine/archive/2017/04/pleistocene-park/517779/
5) https://www.newscientist.com/article/2121503-can-we-grow-woolly-mammoths-in-the-lab-george-church-hopes-so/amp/
6) http://www.sciencemag.org/news/2016/09/should-we-bring-extinct-species-back-dead