Время охоты на мамонтов

— Это же п-проблема Бен Б-бецалеля. К-калиостро же доказал, что она не имеет р-решения.

— Мы сами знаем, что она не имеет решения, — сказал Хунта, немедленно ощетиниваясь. — Мы хотим знать, как ее решать.

А.Н.СТРУГАЦКИЙ, Б.Н.СТРУГАЦКИЙ. Понедельник начинается в субботу

История показывает, что цивилизация развивается, если есть Большой проект. В науке XX века таким проектом было завоевание человеком пространства — воздушного, под водного и космического. В его рамках и сформировалась существующая ныне технологическая цивилизация, основанная на производстве машин и расширяющемся потреблении ресурсов.

В XXI веке человечество, скорее всего, двинется в направлении цивилизации биологической, способной обеспечить замкнутый круговорот ресурсов в результате замены машин живыми существами. Для этого понадобится другой Большой проект. Он должен быть достаточно величественным и не решаемым с точки зрения современной науки, чтобы собрать гениальных ученых, оснащенных совершенными приборами, и значительные финансовые средства. Не исключено, что таким проектом может стать программа возрождения вымерших животных, и прежде всего — мамонтов.

Россия — родина волосатых слонов

Это утверждение отнюдь не ирония. Более ста тысяч лет волосатые слоны — мамонты — привольно паслись на равнинах Евразии и Северной Америки. Однако только в Сибири и на Аляске трупы животных нетронутыми замерзали в вечной мерзлоте. В те времена суша в восточном секторе Арктики распространялась далеко на север. Во время последующего потепления Ледовитый океан стал размывать побережье и большая часть всех замороженных трупов, увы, была уничтожена водой. От Арктиды остались отдельные осколки — Новосибирские острова, остров Врангеля. Вероятность находок на них, например на Ляховских островах, во много раз выше, чем где бы то ни было. Кстати, на острове Врангеля недавно нашли кости мамонтов, умерших всего 3-7 тысяч лет назад.

Именно в Сибирь устремились ныне исследователи из Японии, Франции, США, Англии. И некоторые из них охотятся за мамонтовым генетическим материалом, желая возродить древних зверей. О том, как это можно сделать, подробно писал в своих работах профессор Б.Н.Вепринцев, который в восьмидесятые годы создал в Пущино уникальный банк замороженных сперматозоидов редких животных. В принципе, не так уж и важно, каков будет генетический материал — в виде сперматозоида, яйцеклетки или ядра обычной клетки. Во всех случаях возрождение популяции возможно по крайней мере теоретически. Главное — найти этот материал. И тут перед учеными открываются два пути.

Гибридный мамонт

Японские ученые хотят найти в вечной мерзлоте взрослого мамонта мужского пола со столь хорошо сохранившимися гениталиями, что из них можно будет извлечь замороженный живой сперматозоид. Таким гипотетическим сперматозоидом планируют оплодотворить слониху и получить гибрид, с которым будут работать дальше. Однако он может и не получиться — при большом несоответствии геномов, например, если они содержат разное число хромосом. Это препятствие нельзя обойти в принципе.

Возможен и другой способ — убить ядро яйцеклетки слонихи и сформировать новое, из двух ядер сперматозоидов мамонта. Но и здесь есть два препятствия. Во- первых, могут проявиться рецессивные гены, несущие в себе тяжкие заболевания, а во-вторых, неочевидно, что цитоплазма клетки слона и ядро клетки мамонта окажутся полностью совместимыми между собой. Еще один способ — найти хотя бы одну целую соматическую клетку и по методу, опробованному с овечкой Долли, получить новое животное. При таком подходе, помимо несовместимости ядра и цитоплазмы, может проявиться отличие геномов соматической клетки от половой (см. «Химию и жизнь — XXI век», 1998, № 8). Скорее всего, получится дефектное существо, но живой дефектный мамонт все-таки лучше, нежели отсутствие какого- либо мамонта вообще.

Для любого из этих проектов нужно иметь неповрежденные клетки ископаемого животного. Поэтому давайте повнимательнее приглядимся к их источнику — к мясу мамонтов. За полтораста лет исследований нашли несколько вполне сохранившихся мамонтовых туш. Их мясо, как правило, мало отличается по внешнему виду от свежезамороженной говядины. Но внешность обманчива — размороженное мясо мамонта сразу же превращается в кашицу, потому что за тысячелетия оно полностью утратило свою структуру.

Причина деградации тканей кроется в криохимии биополимеров. При медленном замерзании по туше движется фронт кристаллизации растворителя — воды, разрушая мембраны и цитоскелеты клеток. Из них вытекает внутриклеточная жидкость, которая полностью не замерзает, — при охлаждении до двадцати—тридцати градусов мороза получается двухфазная смесь из поликристаллов льда и тонких псевдожидких прослоек, занимающих до 10% объема. В этих прослойках концентрация органических веществ, вытесненных из льда при его кристаллизации, велика и, даже несмотря на низкую температуру, скорость химических реакций увеличивается.

Наиболее опасны реакции с участием лизирующих ферментов. В живой клетке эти ферменты, утилизирующие продукты жизнедеятельности, изолированы в лизосомах. При разрушении содержимое вытекает из лизосом, и ферменты начинают утилизировать все, что попадется, — остатки мембран, ядро с содержащейся в нем ДНК, другие клеточные органеллы. Лизосомы же содержатся практически во всех типах клеток, исключая разве что эритроциты и сперматозоиды. Со временем скорость реакций уменьшается, однако десятков тысяч лет, которые провели останки мамонтов в вечной мерзлоте, вполне достаточно, чтобы разложить на составляющие большинство биополимеров.

А что происходит с тканями половых желез, где следует искать сперматозоиды и структура которых несколько отличается от структуры других тканей организма? Еще в 1910 году русский ветеринар И.Стрельников обнаружил живые сперматозоиды в железах коня через 35 дней их хранения на льду. Японский же профессор Гото, автор «спермато- зоидной» идеи, замораживал быка. И оказалось, что сперматозоиды после размораживания вполне способны к оплодотворению. Идею профессора поддержало японское Общество возрождения мамонтов, подписавшее с правительством Якутии договор о проведении исследований, и уже третий год при помощи директора Музея мамонта П.А.Лазарева японцы ищут хорошо сохранившиеся останки мамонтов на Колыме.

Однако подробные исследования, которые проводили в Институте цитологии РАН, не выявили ни одной живой клетки в тканях половых желез мамонтов разного возраста. Более того, изучив цитологическими методами все типы тканей лучше всего сохранившейся туши магаданского мамонтенка Димы, ученые не нашли даже следов клеток. С большим трудом с помощью растрового микроскопа американские коллеги разглядели несколько эритроцитов и лейкоцитов с неразрушенными мембранами, но сохранность их внутриклеточных структур так и осталась под вопросом.

Тем не менее охотники на мамонта не теряют надежду. Сейчас она связана с находкой французских исследователей: прошлым летом они обнаружили малоповрежденные останки взрослого мамонта близ Хатанги, которые будут раскапывать этим летом. Японские же ученые планируют в июле-августе провести новую экспедицию на Колыме.

Примерно так выглядит объект охоты: на фотографиях изображены сперматозоиды (1) и семенник (2) африканского слона. На фото 3 семенник в разрезе. В этих трубках как раз и вызревают сперматозоиды (Из «Journal of reproduction and fertility», 1967, 13,  3 и 1974, 41, 1)

Расшифровка генома

Второй путь сложнее, однако именно он может стать основой Большого проекта XXI века. Это путь расшифровки генома.

Теоретически, зная геном мамонта, можно взять хромосомы слона, провести там замену отличающихся нуклеотидов и получить трансгенное животное. Главное, найти оба генома. Эта проблема по своим масштабам раз в десять превосходит проблему расшифровки генома человека. Но, с другой стороны, лаборатории, которые расшифровывают геном человека, наработавшие уникальные методики, накупившие сложного, дорогого оборудования, — что они будут делать после окончания своего проекта? Возрождение мамонтов — такое дело, в котором можно достойно применить свои таланты и потратить деньги спонсоров.

Если с геномом слона все понятно — этих животных много в Индии (другая разновидность, африканский слон, для проекта не подходит: с ним трудно работать, потому что он принципиально не приручается), то, восстанавливая геном мамонта, придется собирать очень увлекательную головоломку.

Молекулы ДНК в замерзших клетках за десятки тысячелетий, скорее всего, распались на короткие — длиной в несколько сотен нуклеоти- дов — фрагменты. Это подтверждают экспериментальные данные — при расшифровке геномов митохондрий клеток мамонтов ученым не удалось найти фрагменты длиной более 1000 нуклеотидов и единственный восстановленный ген, кодирующий цитохром В, собирали из коротких кусочков. Более того, по мнению британского биохимика Т.Линдейла, наличие в ископаемых останках длинных фрагментов ДНК свидетельствует о современном загрязнении образцов.

Как считает доктор биологических наук П.Л.Иванов, проводивший генетическую экспертизу останков царской семьи, для работы с таким генетическим материалом нужна аппаратура нового поколения, способная выделять и размножать редко встречающиеся короткие фрагменты ДНК. (О размножении ДНК с помощью полимеразной цепной

реакции мы подробно рассказывали в декабрьском номере за 1991 год.) А самое главное, нужны хорошие математические методы. Ведь из мелких фрагментов, к тому же наполненных ошибками, нужно собрать мамонтовый геном длиной в несколько миллиардов нуклеотидов. Лучше всего найти целую клетку, оптимально — тот же самый сперматозоид. Конечно, надежд на то, что он окажется живым, практически нет. Однако ДНК в нем упакована значительно плотнее, чем в обычных клетках. И в ядре почти нет ассоциированной воды, которая способствует гидролизу ДНК. Значит, можно надеяться, что в сперматозоиде ДНК деградировала меньше и ее фрагменты окажутся длиннее. Поэтому ткани половых желез, в которых содержатся останки сперматозоидов, могут облегчить расшифровку. Но с ними нужно очень бережно обращаться — при извлечении из вечной мерзлоты ткань, высохшая за тысячи лет хранения, быстро наполнится водой, что резко ускорит окончательное разрушение ДНК. А ведь такая находка может оказаться уникальной.

Изготовление трансгенного слона

На этапе расшифровки трудности проекта не закончатся — он вступит в стадию получения трансгенного слона.

Как показала самая полная расшифровка гена цитохрома В митохондрий, проведенная японцами в 1998 году, различие геномов мамонта и слона составляет 5—7%. Поскольку геном млекопитающих состоит из десятков тысяч генов, для получения генома мамонта нужно заменить несколько тысяч генов.

Сейчас трансгенных животных делают так. Берут яйцеклетку, проводят над ее ядром соответствующие манипуляции, встраивающие новый ген в ДНК, и возвращают яйцеклетку на место. При этом заранее невозможно узнать, удалось ли вставить ген туда, куда хотели, — во время проверки ДНК разрушится и будет непригодна для использования. Поэтому успех замены анализируют уже после рождения нового организма. Опыты на мышах показывают, что встроить ген удается с вероятностью около пяти процентов. При этом за один раз ученые сейчас умеют менять один- два гена. То есть превратить геном слона в геном мамонта удастся поэтапно, в результате рождения многих поколений животных с частично измененным геномом, что будет сопровождаться большим количеством брака. Поскольку не все промежуточные существа окажутся жизнеспособными, такая методика приведет к многолетнему живодерству и вряд ли будет применена.

Более гуманно трансгенные процедуры проводить на обычных клетках, изменяя их геном. Вырастив из них культуру, можно убедиться, насколько удачно прошла операция, и отобрать экземпляры клеток для последующего изменения. А уж на последнем этапе по принципу, примененному с овечкой Долли, внедрить полученное ядро в яйцеклетку слонихи. И тогда с вероятностью около 0,1% получится трансгенный слон, скорее всего, почти похожий на настоящего мамонта.

На самом деле возрожденный мамонт — не основной результат проекта. По ходу дела придется досконально понять все тайны сотворения живого и отработать тончайшие методики манипуляции с клетками и генами. А это знание, несомненно, приведет к мощному развитию биотехнологии в той стране, которая за этот проект возьмется.