Colossal Biosciences har lyckats återskapa den ulliga mammutens färg, textur och tjocklek, med förutsättningar att anpassa sig till extrem kyla: ”Detta markerar en vändpunkt i vårt uppdrag att stoppa utrotningen”.
Nästan 4.000 år efter att mammutarna försvann från jordens yta försöker det amerikanska företaget Colossal återuppliva dem med hjälp av tusenårigt DNA som bevarats i permafrosten. Även om man ännu inte har lyckats väcka dem till liv igen, har man i sitt laboratorium just sett den första mammutmusen födas, eller som man har döpt den, Colossal Woolly Mouse.
Det är en vanlig mus, som har fått sju gener modifierade samtidigt och nu har päls som en mammut. Det vill säga med färg, textur och tjocklek som påminner om fenotyperna hos den ullhåriga mammuten, vilket också gav den förutsättningar att anpassa sig till extrem kyla. ”Det här är en vändpunkt i vårt uppdrag att stoppa utrotningen”, säger Ben Lamm, medgrundare och VD för Colossal Biosciences.
Colossals däggdjursteam skannade 121 mammut- och elefantgenom för att identifiera viktiga gener som påverkar hår och andra köldanpassade egenskaper. De fokuserade sedan på en uppsättning gener där mammutar hade utvecklats jämfört med sina asiatiska elefantkusiner. Slutligen förfinade de listan till att omfatta tio gener som är relaterade till hårets längd, tjocklek, textur och färg samt lipidmetabolism, och som var kompatibla med uttryck hos mus.
”Genom att konstruera flera köldtoleranta egenskaper från mammutartade evolutionära vägar till en levande art har vi visat vår förmåga att återskapa komplexa genetiska kombinationer som det tog naturen miljontals år att skapa. Denna framgång tar oss ett steg närmare vårt mål att återinföra den ullhåriga mammuten”, säger Lamm.
Teamet redigerade musens genom med hjälp av en förenklad strategi som kombinerade tre redigeringstekniker: RNP-medierad knockout, multiplexerad precisionsgenomredigering och precisionshomologidirekt reparation (HDR). Han utförde sedan åtta editeringar samtidigt, vissa med en effektivitet på upp till 100%, för att modifiera sju gener.
Inaktivering av genen Mc1r gör att hårets mörka färg ändras till gulaktig eller rödaktig, vilket människor och rödhåriga djur har, eller som mammuten hade. Inaktivering av genen Fgf5 gör att håret växer till en längd som är tre gånger längre än normalt. Inaktivering av generna Fam83g, Fzd6, Tgm3, Astn2, Krt25, Tgfa och Krt27 förändrar tillväxtmönstret och det börjar krulla, krulla och bli tjockare, som mammuten hade. Den redigerade musens slutliga utseende är som en ullig mus, med grov struktur, långt, lockigt, rödhårigt hår och förmodligen mycket bättre förmåga att motstå kalla temperaturer än omodifierade vilda möss.
”Även om mössen har en slående gyllene päls är de i övrigt friska, vilket tyder på att den använda metoden inte är skadlig”, säger Denis Headon, gruppledare och huvudforskare vid Roslin Institute vid University of Edinburgh, till Science Media Centre.
De redigerade också genen Fabp2, som är involverad i lipidmetabolismen och som tros bidra till att lagra tillräckligt med kroppsfett för att isolera mot kyla och ge näring under långa vintrar. Än så länge har de ulliga mössen med den senare genen inte lagt på sig mer vikt än sina omodifierade syskon, vilket tyder på att ytterligare genmodifieringar kommer att krävas för att de ska få denna egenskap.
”Detta är ett viktigt steg mot att validera vår metod för att återuppliva egenskaper som har utrotats och försöka återställa dem”, säger Dr Beth Shapiro, Colossals vetenskapliga chef.
Konsekvenserna av detta genombrott sträcker sig bortom laboratoriet. Colossal Woolly Mouse är inte bara det första levande djuret som konstruerats för att uttrycka flera köldanpassade egenskaper med hjälp av genetiska ortologer från mammutar, utan det är också en levande modell för att studera anpassningar till kallt klimat hos däggdjur. Framtida analyser kommer att förbättra vår förståelse för hur flera gener samverkar för att manifestera fysiska egenskaper.
”Vi visar att vi på ett rationellt sätt kan utforma och konstruera komplexa genetiska anpassningar, vilket har stor betydelse för framtiden när det gäller utrotning och multi-genteknik”, säger George Church, professor i genetik vid Wyss Institute vid Harvard Medical School och medgrundare av Colossal.
För Lluís Montoliu, forskare vid Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), är detta en historisk genetisk prestation, som han berättade för Science Media Centre. ”Det finns forskare som inte ger ett stygn utan en tråd. De kan genomföra och fullborda de mest fantasifulla och extravaganta idéer vi kan föreställa oss. Idéer som vi andra avfärdar som omöjliga eller ogenomförbara. För dessa forskare är ingenting omöjligt. Deras övertygelse om att de har svaret på problem, deras uthållighet och envishet ger dem ofta framgångar som det vetenskapliga samfundet applåderar med förvåning och förvirring”.
Mindre entusiastisk är Louise Johnson, evolutionsbiolog vid University of Reading i Storbritannien: ”Att titta på dessa möss är lite som att titta in i det förflutna, men med ett mycket selektivt teleskop. Det är ett intressant arbete, men tanken att vi kan få tillbaka något från utrotning är ett falskt hopp. Det som har gjorts här är inte trivialt, men av de tio olika mutationer som har införts i mössen är det bara ett fåtal som gör att musgenen ligger nära en känd mammutgen. I teorin skulle man kunna få fram sådana möss genom att helt enkelt korsa möss med sällsynt päls.
Det är mycket mer än en elefant i en päls”, säger Tori Herridge, universitetslektor vid School of Biosciences vid University of Sheffield. Så hur nära är Colossal att se mammutar springa omkring? Med hjälp av DNA från flera mammutkadaver som har varit frysta och relativt välbevarade i tusentals år i den sibiriska tundran har Colossal kunnat få fram ett högkvalitativt mammutgenom för jämförelse med den asiatiska elefanten, det djur som evolutionärt sett ligger närmast den ullhåriga mammuten. Det finns cirka 500.000 förändringar mellan de två genomerna som Church och hans kollegor vill införliva, en efter en, med hjälp av odlade celler från asiatiska elefanter som utgångsmaterial. ”Det här kommer att ta tid, och det är bara den första av de tekniska utmaningar som de måste lösa”, säger Lluís Montoliu.
”De kommer att behöva rekonstruera mammutembryon med hjälp av asiatiska elefantägg och cellkärnor från de celler som redigerats genom kärnöverföring (kloning) och föda dem, förmodligen i ett extrauterint system, som ännu inte har uppfunnits, och förbättra de system som finns idag och som gör det möjligt att upprätthålla dräktighet och tillväxt utanför moderns livmoder hos lamm och för tidigt födda barn. Allt detta kommer att ta lång tid och är oförutsägbart att beräkna. Och det är därför de behöver mellanliggande framgångar för att motivera sitt projekt och göra det möjligt för dem att gå vidare och visa, med mycket enklare experiment, att det är möjligt att redigera ett djurs genom för att införliva utvalda egenskaper”, avslutar Montoliu.
