Не ждите динозавров :(

Почему динозавров до сих пор не клонировали?

Сергей Киселев, ПостНаука

Осторожно: ваш внутренний подросток узнает ответ на этот вопрос и немного расстроится.

После фильма «Парк юрского периода» многие задавались вопросом: почему мы не можем клонировать динозавров? Генетик Сергей Киселев объяснил, из-за каких трех сложностей мы не увидим в ближайшие годы живых тираннозавров и птеродактилей.

– В те давние времена на Земле существовали самые обычные комары. Как и положено комарам, они питались кровью животных, включая динозавров. Случалось, что, напившись крови, он [комар] садился на дерево и вскоре увязал в смоле. Шло время, смола затвердевала, превращаясь в окаменелость вроде костей динозавров, а комар оставался внутри. Окаменевшая древесная смола, в обиходе «янтарь», миллионы лет бережно хранила в себе насекомое, пока однажды не оказалась в руках ученых «Парка юрского периода». Благодаря современным технологиям они извлекли из него уцелевшую кровь и – бинго! – ДНК динозавра!
Фильм «Парк юрского периода».

Ученые могут получить генетический материал

Если в наше время удастся обнаружить янтарь с комаром, который напился крови динозавра, то современными методами генетики смогут выделить из этой капельки крови генетический материал этого самого динозавра. Дальше этот генетический материал можно амплифицировать с помощью ПЦР (полимеразной цепной реакции) и в искусственных условиях скопировать имеющиеся участки ДНК.

В одной клетке человека содержится 46 хромосом, и общая длина молекул ДНК (каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК) примерно 2 метра. Получается, что одна хромосома составляет около 4,34 см, каждый из этих фрагментов содержит важный генетический текст, «слова» которого кодируют работу тканей, сердца, сосудов, нервов, мышц, кожи, отчасти даже поведение. Какова длина молекулы ДНК динозавра – науке пока неизвестно, поэтому в дальнейших объяснениях мы будем возвращаться к этой цифре – 4,34 см, чтобы наглядно объяснить, почему клонировать динозавров не так просто, как в фильме Стивена Спилберга. А сложностей на этом пути достаточно.

Первая проблема: как справиться с полураспадом ДНК (решаемая)

Серьезная проблема – как получить осмысленный и упорядоченный генетический текст динозавра. Период полураспада ДНК, а генетический материал кодируется именно молекулой дезоксирибонуклеиновой кислоты, составляет 500 лет. То есть пройдет 500 лет, и наши 4,34 см поделятся пополам. Пройдет еще 500 лет, и вот у нас хромосомы длиной 1 см, а через 1,5 тысячи лет в распоряжении ученых останется всего чуть больше 5 мм. 

Каждые несколько сотен лет происходит деградация линейной молекулы ДНК на мелкие фрагменты. Если предположить, что длина хромосом человека и динозавра одинакова, то из комара ученые достанут фрагменты ДНК длиной 0,1 мм. Причем никто точно не знает, в каком порядке эти фрагменты должны между собой соединяться. 

Хорошая новость: эта сложность преодолима. На нее придется потратить десяток-другой лет, но с помощью метода анализа генома и современных технологий секвенирования нового поколения можно получить конечный вариант генетического текста на компьютере. Однако в реальности ученым будут доступны всё те же фрагменты по 0,1 мм генетического материала. И тут мы переходим к следующей задаче: как перенести виртуальные знания в физическую среду?

Вторая проблема: как организовать синтез (почти не решаемая)

Допустим, длина ДНК одной клетки динозавра составляет те же два метра, что и у человека. Следовательно, эти два метра, смоделированные на компьютере, необходимо синтезировать химически, то есть собрать из строительных блоков полноценную ДНК. При этом один шаг синтеза составляет порядка 3,4 ангстрема, а один ангстрем – это 10⁻¹⁰ м. Проще говоря, синтез займет невероятно долгое время.

Люди пытались искусственно синтезировать подобные тексты. Например, американец Крейг Вентер, один из самых известных генетиков мира, одним из первых полностью секвенировал геном человека и задался вопросом: можем ли мы создать искусственную, полностью синтетическую жизнь? На эти работы Вентер потратил около полутора десятков лет, за которые он создал искусственную молекулу ДНК, состоящую из 500 тысяч шагов – это приблизительно 1,5 миллиона ангстрем [1]. А нам для одной молекулы нужно будет собрать 2 метра, то есть 20 млрд ангстрем.

Еще одна сложность на этапе синтеза – решить, как правильно упаковать синтезированную ДНК. В природе нити ДНК не существуют сами по себе, они упакованы в клеточное ядро, а молекула считается идеалом компактности. То есть ученые должны научиться наматывать синтезированные нити ДНК на своего рода катушки, которые будут предохранять их от разрывания. И у этой задачи на данный момент не существует даже теоретического решения. 

Третья проблема: как добиться биоразнообразия (совсем нерешаемая)

Предположим, что ученым удалось воссоздать генетический текст, синтезировать его, упаковать ДНК в клетку и запустить процесс деления. Далее начинаются не менее сложные вопросы, например: как должен идти процесс эмбрионального развития? И даже если удастся решить эту задачу – яйцо динозавра высидит какая-нибудь птица или его воспроизведут в лабораторных условиях, – встает вопрос биологического разнообразия.

Для того чтобы вид существовал и развивался в природе, необходимо биоразнообразие. Несколько лет назад опубликовали анализ генетического материала последних мамонтов, живших на Новой Земле [2]. Данные говорили об их низкой жизнеспособности, то есть даже в условиях существования многих особей живые мамонты вырождались как вид. Если люди хотят клонировать динозавров (или мамонтов), они должны искусственным образом обеспечить генетическое разнообразие, чтобы популяция могла существовать и развиваться. Как его создать? Никто не знает.

Литература

1.   Daniel G. Gibson. Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. 2010
2.   Rebekah L. Rogers. Excess of genomic defects in a woolly mammoth on Wrangel island. 2017

Об авторе: Сергей Киселев – доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией эпигенетики Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru