Mesterséges tojásból keltettek ki egy csibét

Akár kék, mint egy vörösbegy tojása, akár pettyes, mint egy karolinai ökörszemé, a szerény tojáshéj a természetes tervezés remekműve. Az evolúciót és a fejlődésbiológiát kutató tudósok évek óta próbálkoznak különféle módszerekkel a tojáshéj újraalkotásával, vagy a madarak teljes egészében tojáshéj nélkül való kikeltetésével, és mindegyik tervnek megvoltak a maga korlátai. Most a Colossal Biosciences magánvállalat azt állítja, hogy mesterien kidolgozott egy szintetikus héjtervezést – ami szerintük kulcsfontosságú lépés a kihalt fajok, például az új-zélandi óriás moa és a mauritiusi dodó feltámasztásának célja felé .

Május 19-én a texasi székhelyű „kihalás-elhárító” cég bejelentette 26 egészséges csirke születését az úgynevezett „Colossal mesterséges tojás” rendszer segítségével. „Nem csupán a tojás újraalkotására törekszünk... Valójában megpróbáljuk újraalkotni a saját céljainkra” – mondja Ben Lamm, a Colossal vezérigazgatója és társalapítója .

A Colossal szerint a csirkéken túl ez a technológia felskálázható, hogy végül nagyobb tojásokban keltsék ki a kihalt fajokat. Ez nem az első alkalom, hogy a Colossal, amely több mint 600 millió dolláros adományt gyűjtött, és amelynek értéke meghaladja a 10 milliárd dollárt, címlapokra került. Tavaly bejelentették három fehér kölyök születését, akiket genetikailag úgy módosítottak, hogy hasonlítsanak a kihalt farkasokra.

A jelentéshez nem tartozik lektorált tanulmány vagy nyilvánosan közzétett adat, amelyet más tudósok kritizálhatnának. Ha minden, amit a cég állít, helytálló, akkor lenyűgöző teljesítményt nyújtottak a petesejt védőmembránjának újratervezésével, „ami egy igazán klassz biotechnológiai fejlesztés” – mondja Vincent Lynch, a Buffalói Egyetem evolúciós biológusa, aki nem vett részt a munkában. De hozzátette, hogy ez csak egy része a petesejtnek, és „az összes többi részt még nem fejlesztették ki”.

A szakértők szerint az emlősökhöz képest a madarak számára egyedülálló kihívást jelent egy elveszett faj újrateremtése, ha ez egyáltalán lehetséges. „Ez csak egy a sok akadály közül, amelyet le kell küzdeniük” – mondja Hans Cheng, az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériumának Mezőgazdasági Kutatószolgálatától nyugdíjba vonult molekuláris genetikus, aki a Michigani Állami Egyetemen tanít, és nem vett részt a kutatásban.

Egy tyúktojás héja elég erős ahhoz, hogy megtartsa egy anyatyúk súlyát, mégis elég könnyű ahhoz, hogy egy apró csibe átcsípje magát rajta kikelés közben. Az oxigén átjuthat a tojáshéjon, amíg az embrió fejlődik, de a védőréteg benntartja a nedvességet és távol tartja a baktériumokat. Míg a kutatók korábban már sikeresen kikeltettek csibéket az eredeti tojásaikon kívül, a természet zsenialitását a tudósok számára nehéznek bizonyult teljes mértékben reprodukálni egy laboratóriumban.

1988-ban Margaret Perry genetikus, a Roslin Intézet genetikusa, az Edinburgh-i Egyetem állattudományi kutatóközpontja először laboratóriumi kultúrákban nevelt embriókból keltette ki a csirkéket, majd más csirkék „póttojáshéjába” helyezte őket.

„Azóta a tudósok megpróbálták kiküszöbölni a héj szükségességét, és különböző mesterséges tartályokat használtak”, beleértve a műanyag poharakat és a szaran fóliát, mondja Mike McGrew, az Egyesült Királyságbeli Roslin Intézet embriológusa. De minden sikeres kísérletre sok sikertelen kísérlet született. „A kikelési arányok nem voltak túl jók ezekkel a különböző rendszerekkel,” mondja McGrew, aki a Colossal madárőssejtekkel foglalkozó tudományos tanácsadója is.

A legtöbb héj nélküli rendszer nagy mennyiségű kiegészítő koncentrált oxigént igényel a későbbi fejlődési szakaszokban, de ez magában hordozza a DNS károsodásának kockázatát a fejlődő embrióban.

A Colossal azt állítja, hogy egy új, szilikon alapú membrán létrehozásával oldották meg ezt a problémát, amelyet egy merev, hatszögletű csészébe helyeznek, hogy tartást biztosítson. A féligáteresztő anyag lehetővé teszi az oxigén könnyű átjutását rajta, mint egy igazi tojáshéjon, miközben a nedvességet is bent tartja – mondta Andrew Pask, a Colossal biológiai igazgatója .

„Ez egy igazán speciális, nagyon vékony membrán, amely lehetővé teszi a valóban hatékony gázcserét, amire a tojáshéj hihetetlenül nagymértékben tervezett” – mondja Pask.

Ha ez igaz, akkor ez „a biotechnológia egyik fontos bravúrja” – mondja Lynch.

A cég nem hozta nyilvánosságra a kikelési arányt, hogy összehasonlíthassa azt a korábbi erőfeszítésekkel.

A Kolosszális kialakítás egy átlátszó ablakot tartalmaz a mesterséges tojás tetején, amely lehetővé teszi a tudósok számára, hogy közvetlenül megfigyelhessék a benne fejlődő embriót. Azt mondják, hogy a tojás mérete változó. Elméletileg sokkal kisebbre is elkészíthető, mint egy kolibri tojása, vagy sokkal nagyobbra – mint a kihalt déli-szigeti óriásmoa futball-labda méretű tojásai, amelyek egykor közel 4 méter magasak voltak, meghaladva a modern struccok vagy bármely más ma élő madár magasságát.

A cég által közzétett videóban a tudósok 24-48 órán belül megvizsgálják az igazi tyúkok által újonnan tojt tojásokat. Kiválasztják a legígéretesebbeket, feltörik őket, és finoman a tartalmukat – a héj kivételével mindent – ​​a mesterséges tojásszerkezetbe öntik. De mindenhez, ami előtte történt, a megtermékenyítéstől a tojásrakásig, igazi csirkére volt szükség.

Mielőtt a vállalat helyreállíthatná a kihalt fajokra emlékeztető madarakat, a tudósoknak sokkal korábbi stádiumban kell genetikailag módosítaniuk a madár DNS-ét. „Miután a megtermékenyített petesejtet lerakták, az embrió már körülbelül 50 000 sejtből áll – ez túl sok sejt a biomérnöki munkához” – mondja Cheng. (A tudósok általában a nagyon korai embriók genetikai módosítására törekszenek, mindössze egy vagy két sejttel.)

A genetikailag módosított madarak létrehozásának folyamata sokkal más és bonyolultabb, mint az emlősök, például az egerek és a farkasok esetében – mondja Christopher Preston, a Montana Egyetem vadvédelmi és környezetvédelmi szakértője, aki nem vett részt a kutatásban.

Az emlősembriókat már nagyon korai stádiumban manipulálni lehet, majd in vitro megtermékenyítési technikákkal beültetni egy béranya méhébe. „Ezt egy madárral nem lehet megtenni” – mondja Preston. A madarak a védő tojáshéjat és a tápláló sárgáját az embrió fejlődésével egy időben kezdik kifejleszteni, mindezt az anyamadár belsejében.

Más kutatók, köztük McGrew, aprólékos módszereket fejlesztettek ki genetikailag módosított csirkék létrehozására azáltal, hogy laboratóriumi kultúrákban izolálnak, növesztenek és manipulálnak speciális őssejteket, úgynevezett primordiális csírasejteket – a spermiumok és petesejtek prekurzorait –, majd madarakba injektálják őket, hogy megváltoztassák szaporítószerveiket, és transzgénikus madarak spermiumát vagy petesejtjeit hordozzák, majd két ilyen madarat pároztatnak, hogy olyan petesejtet hozzanak létre, amely egy új, genetikailag módosított, eltérő tulajdonságokkal rendelkező madarat hoz létre.

Ugyanez az eljárás a legtöbb madár esetében nem járt sikerrel, és kihalt fajok DNS-ével sem próbálták még ki. „Ez egy nagyon munkaigényes folyamat, és a siker aránya alacsony” – mondja Cheng.

Tavaly ősszel a Colossal bejelentette, hogy megtette az első lépést: ősi csírasejteket tenyésztettek ki egy közönséges galambból, más néven szirti galambból, amely genetikailag hasonló a nikobár galambhoz, amely a Colossal szerint a dodó helyettesítője lehet. A cég azt állítja, hogy még nem választottak ki pótpetéket termelő állatot az óriás moa számára, de az emu és a tinamu lehetséges jelöltek. A moa végül kinövi a pótpetéket, ezért a Colossal a folyamat valamikor történő megkezdése után tervezi a fejlődő embrió átültetését a mesterséges petesejt-rendszerébe.

„Azt hiszem, még hosszú utat kell megtenniük” – mondja Cheng.

A kihalt madarakon túl más felhasználási módjai is lehetnek a tojáshéj-membrán technológiának.

A kereskedelmi baromfiipart valószínűleg nem fogja érdekelni, mondta Cheng, mivel az igazi tyúkok már most is olcsón tudnak évi 300 tojást tojni. Az evolúcióbiológusok azonban értékelhetik egy tiszta ablakot, amelyen keresztül megfigyelhetik és jobban tanulmányozhatják az összetett biológiai folyamatokat, például a szervek és erek korai kialakulását az embriófejlődés során, mondja Lynch.

A Colossal eközben azt mondja, hogy reméli, a technológia egy napon segíthet a természetvédőknek a veszélyeztetett madárfajok populációinak újjáélesztésében. „Elméletileg érvek szólhatnak amellett, hogy egy veszélyeztetett madarat jobban alkalmazkodóvá tegyünk a klímaváltozáshoz, vagy ellenállóbbá bizonyos betegségekkel szemben” – mondja Preston, de hozzáteszi, hogy ehhez madarak genetikai szerkesztésére lenne szükség, nem csak egy mesterséges tojásra – írta a National Geographic.

Akár technikailag megvalósítható lesz ez valaha is, nem oldaná meg a veszélyeztetett madarakat ma sújtó legnagyobb problémákat – mondja Stuart Pimm, a Duke Egyetem ökológusa, aki nem vett részt a kutatásban. „Jobban segíthetnénk évente több millió madárnak, ha megoldanánk az olyan közvetlenebb veszélyeket, mint az eltűnő élőhelyek, az épületek ablakaival való ütközések és a szabadban ólálkodó macskák” – mondja Pimm.