Die Wiederbelebung des Schattenwolfs durch Colossal Biosciences stellt die bislang komplexeste gentechnische Errungenschaft bei einem Wirbeltier dar. Das Unternehmen führte erfolgreich 20 präzise genetische Modifikationen durch, um Grauwolfzellen in Schattenwolf-Äquivalente umzuwandeln und so Merkmale einzuführen, die seit 12,000 Jahren auf der Erde fehlten. Diese sorgfältig ausgewählten Modifikationen bieten einen faszinierenden Einblick sowohl in die Wissenschaft der Wiederbelebung ausgestorbener Arten als auch in die einzigartige Biologie der Schattenwölfe selbst.
Einen neuen Rekord aufstellen
Die 20 Bearbeitungen zur Erschaffung des Schattenwolfs setzten einen neuen Maßstab für die Präzisionsgentechnik. „Diese Nachricht folgt unmittelbar auf die kürzlich erfolgte Ankündigung der Kolossalen Wollmaus, die zuvor mit 8 Präzisionsbearbeitungen den Rekord für einzigartige Keimbahnbearbeitungen bei einem Tier hielt“, so das Unternehmen in seiner Ankündigung. Der Erfolg beim Schattenwolf hat diesen bisherigen Erfolg mehr als verdoppelt und demonstriert die rasante Weiterentwicklung der Multiplex-Editierungsmöglichkeiten.
Dr. George Church, Genetiker an der Harvard-Universität und Mitbegründer von Colossal, betonte die Bedeutung: „Der Direwolf ist ein frühes Beispiel hierfür. Er weist die bislang größte Zahl präziser Genombearbeitungen bei einem gesunden Wirbeltier auf – eine Fähigkeit, die exponentiell wächst.“
Der Auswahlprozess
Colossal hat keine willkürlichen genetischen Veränderungen vorgenommen, sondern stattdessen alte DNA-Analysen verwendet, um Identifizieren Sie spezifische Varianten, die nur bei Schreckenswölfen vorkommenDurch den Vergleich rekonstruierter Genome von Schattenwölfen mit denen moderner Hundeartigen identifizierte das Team 14 wichtige Gene mit 20 verschiedenen genetischen Varianten, die Schattenwölfen ihre charakteristischen Merkmale verleihen.
Diese Ziele wurden nicht zufällig ausgewählt, sondern sorgfältig auf Grundlage ihrer funktionalen Bedeutung für die Bestimmung der Eigenschaften von Schreckenswölfen. Dr. Beth Shapiro, Chief Science Officer von Colossal, erklärte: „Wir nutzen alte DNA, um möglichst viel über jede Art zu erfahren und, wenn möglich, bestimmte ausgestorbene DNA-Sequenzvarianten mit jedem Schlüsselmerkmal zu verknüpfen.“
Wichtige editierte Gene und ihre Funktionen
Obwohl Colossal keine umfassende Liste aller 20 Edits veröffentlicht hat, enthüllen ihre Ankündigungen und die Berichterstattung im TIME-Magazin einige der wichtigsten Gene und ihre Funktionen:
Gene für Fellfarbe und -textur
Eines der auffälligsten Merkmale des Schreckenswolfs ist sein charakteristisches Fell. Colossal entdeckte Schreckenswolf-spezifische Varianten in mehreren essentiellen Pigmentierungsgenen:
1. CORIN: Eine in Haarfollikeln exprimierte Serinprotease, die den Agouti-Signalweg unterdrückt und so die Fellfarbe und -zeichnung beeinflusst. Die CORIN-Varianten des Schattenwolfs beeinflussen die Pigmentierung so, dass das Fell heller wird.
2. OCA2, SLC45A2 und MITF: Diese Gene beeinflussen direkt die Funktion und Entwicklung von Melanozyten (pigmentproduzierenden Zellen). Während der Grauwolf proteinkodierende Substitutionen in diesen Genen aufweist, die zu einem hellen Fell führen, entdeckte Colossals Team, dass dieselben Varianten bei Grauwölfen zu Taubheit und Blindheit führen können.
Um dieses potenzielle Problem zu lösen und dennoch die gewünschte Fellfarbe zu erzielen, entwickelte das Team eine kreative Lösung:
3. MC1R und MFSD12Anstatt die potenziell problematischen alten Varianten direkt zu verwenden, induzierte das Team einen Funktionsverlust dieser Gene, die die Expression der Pigmente Eumelanin (schwarz) und Phäomelanin (rot) in Melanozyten beeinflussen. Dadurch wurde der hellere Fellfarbphänotyp erreicht, der vom Genom des Grauwolfs vorgeschlagen wurde, jedoch ohne gesundheitliche Risiken.
Diese Anung zeigt, dass Colossal sorgfältig vorgeht, wenn es darum geht, ausgestorbene Arten wiederzubeleben, wobei das Wohl der Tiere bei Bedarf Vorrang vor der exakten genetischen Replikation hat.
Größen- und Strukturgene
Mehrere bearbeitete Gene beeinflussen die größere Größe und die charakteristische körperliche Struktur des Schattenwolfs:
4. HMGA2: Dieses Gen steht in direktem Zusammenhang mit der Körpergröße von Hunden und Wölfen. Die Bearbeitung dieses Gens trug zum kräftigeren Körperbau der Grauwölfe bei – sie werden etwa 25 % größer als Grauwölfe.
5. MSRB3: Dieses Gen wird mit Variationen der Ohr- und Schädelform bei Hunden und anderen Säugetieren in Verbindung gebracht und trägt zum breiteren Kopf und den charakteristischen Gesichtszügen des Direwolfs bei.
6. LCORL: Ein Transkriptionsfaktor, der die Genexpression reguliert und mit der Variation der Körpergröße bei vielen Arten, darunter Menschen, Pferde und Hundeartige, in Verbindung gebracht wird. Der Direwolf weist drei Veränderungen an der LCORL-Proteinsequenz auf, die die Faltung des Proteins genau an der Stelle verändern, an der es an Gen-Silencing-Komplexe bindet.
Auch hier nahm Colossal sorgfältige Modifikationen vor. Sie stellten fest, dass „große Hunderassen (domestizierte Grauwölfe) eine Variante von LCORL aufweisen, der die PRC2-Domäne vollständig fehlt“. Anstatt potenziell problematische Varianten von Grauwölfen einzuführen, „exprimieren Colossals Grauwölfe das Protein, das in den größten Grauwölfen vorkommt“, wodurch die gewünschte phänotypische Wirkung ohne zusätzliches Risiko erzielt wird.
Multi-Gen-Regulationsmodul
7. Eine regulatorische Genomregion Ein weiteres Ziel war die Kodierung von acht Genen, die artspezifische Einschränkungen der Skelettgröße und -struktur festlegen. Dieses Modul wurde mit Merkmalen wie der unterschiedlichen Körpergröße des Menschen und den unterschiedlichen Schnabelformen verschiedener Finkenarten in Verbindung gebracht. Durch die Bearbeitung von Schreckenswolf-spezifischen Varianten in Genverstärker in dieser Region beeinflusste das Team die Gesamtgröße und -struktur der Schreckenswölfe.
Lautäußerungen und Verhalten
Interessanterweise erstreckte sich die Gentechnik über das physische Erscheinungsbild hinaus auch auf Verhaltensmerkmale:
8. Gene, die die Lautäußerungen beeinflussen: Das TIME-Magazin berichtete, dass Colossal Gene identifizierte, die „die größere Größe, den muskulöseren Körperbau, den breiteren Schädel, die größeren Zähne, das dichtere helle Fell und sogar sein einzigartiges Heulen des Direwölfes beeinflussen.“ Diese verhaltensgenetischen Komponenten lassen darauf schließen, dass die wiederauferstandenen Direwölfe möglicherweise andere Laute von sich geben als moderne Grauwölfe.
Der Bearbeitungsprozess
Erstellen der schrecklicher Wolf Die Identifizierung der Zielgene erforderte mehr als nur die präzise Bearbeitung mehrerer Stellen gleichzeitig. Das Team wandte die CRISPR-Gen-Editierungstechnologie auf die Zellkerne von endothelialen Vorläuferzellen (EPCs) des Grauwolfs an und schrieb die DNA der 14 Zielgene präzise um, um die 20 Varianten des Grauwolfs zu installieren.
Für jede Bearbeitung erstellte Colossal detaillierte Profile aller potenziellen Auswirkungen auf das Genom des Spender-Grauwolfs. Dieses sorgfältige Vorgehen ermöglichte es, Varianten, die außerhalb des prognostizierten Phänotyps ein gewisses Risiko bergen würden, auszuschließen und Varianten, die sich bereits bei Grauwölfen mit dem prognostizierten Phänotyp entwickelt hatten, zu priorisieren.
Bestätigung des Erfolgs
Der Erfolg dieser genetischen Veränderungen ist an den lebenden Direwolf-Welpen sichtbar. Mit gerade einmal sechs Monaten wiegen die männlichen Welpen Romulus und Remus bereits rund 80 Kilogramm und weisen das für Direwölfe typische dichte weiße Fell, die breiten Köpfe und den kräftigen Körperbau auf. Ihr Verhalten spiegelt auch die Instinkte wilder Wolfsarten wider: Die Welpen halten Abstand zu Menschen und zeigen selbst in der Nähe vertrauter Bezugspersonen Vorsicht.
Das weibliche Jungtier Khaleesi, das drei Monate nach den männlichen Jungtieren geboren wurde, entwickelt sich ähnlich, was auf eine konsistente Ausprägung der gentechnisch veränderten Merkmale bei mehreren Individuen schließen lässt.
Mehr als eine einfache Rekonstruktion
Was Colossals Ansatz besonders anspruchsvoll macht, ist, dass er nicht einfach versucht, das exakte Genom des Schreckenswolfs nachzubilden. Stattdessen konzentriert er sich auf die Entwicklung der Schlüsselmerkmale, die den Schreckenswolf ökologisch und evolutionär einzigartig machen.
Dr. Shapiro erklärte: „Die funktionelle Wiederbelebung ausgestorbener Arten ist der sicherste und wirksamste Ansatz, um die verlorenen Phänotypen wiederherzustellen, die eine ausgestorbene Art einzigartig machen.“ Bei diesem pragmatischen Ansatz stehen die Gesundheit und Lebensfähigkeit der Tiere im Vordergrund, während gleichzeitig das Ziel der Wiederherstellung einer funktionell gleichwertigen Art erreicht wird.
In einigen Fällen bedeutete dies, dass Varianten des Grauwolfs verwendet wurden, die das gleiche phänotypische Ergebnis wie die Varianten des Direwolfs hervorbrachten, jedoch ohne potenzielle Gesundheitsrisiken. In anderen Fällen bedeutete dies die Entwicklung völlig neuer genetischer Veränderungen, die den gewünschten Effekt durch andere Mechanismen erzielen als die ursprünglichen Direwölfe.
Eine Vorlage für zukünftige Wiederbelebung ausgestorbener Arten
Die 20 Bearbeitungen, die den Schattenwolf zurückbrachten, sind mehr als nur eine faszinierende Fallstudie – sie bilden auch eine technische Vorlage für zukünftige Projekte zur Wiederbelebung ausgestorbener Arten. Die Fähigkeit, zahlreiche präzise genetische Veränderungen gleichzeitig vorzunehmen, ist für anspruchsvollere Ziele wie das Wollmammut unerlässlich, da hierfür noch mehr Modifikationen am Elefantengenom erforderlich wären.
Darüber hinaus bietet der Ansatz, sich auf funktionale Merkmale statt auf die exakte genetische Replikation zu konzentrieren, einen praktischen Leitfaden für andere Bemühungen zur Wiederbelebung ausgestorbener Arten, bei denen eine vollständige Rekonstruktion des Genoms möglicherweise nicht möglich oder ratsam ist.
Wie diese Pionierarbeit bei den Schattenwolfwelpen Sie wachsen und entwickeln sich weiter. Sie demonstrieren nicht nur die technische Errungenschaft von 20 erfolgreichen genetischen Bearbeitungen, sondern auch die Wiederherstellung einer einzigartigen evolutionären Linie – einer Linie, die uralte Gene nach 12,000 Jahren wieder in die Welt der Lebewesen zurückbringt. Jedes ihrer Merkmale, vom weißen Fell bis zu ihren wilden Instinkten, repräsentiert den erfolgreichen Ausdruck eines sorgfältig entwickelten genetischen Codes, der Vergangenheit und Gegenwart verbindet.
