Kami bermimpi untuk hidup selamanya. Kami berharap kami dapat mengkloning hewan peliharaan favorit Anda, seperti yang terjadi pada Dolly si domba. Kami ingin berjalan di sekitar "Taman Jurassic", melihat dinosaurus dan mammoth, melihat moa, dodo, dan makhluk lain yang punah.
Beth Shapiro, seorang profesor di Departemen Ekologi dan Biologi Evolusi di Universitas Santa Cruz di California, memberi tahu kita sejarah yang menarik dari ilmu rekreasi spesies modern.
Begitu organisme mana pun mati, DNA-nya segera mulai runtuh di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dan bakteri, sehingga Anda tidak bisa hanya mengambil sel dan mengkloning hewan yang punah. Para peneliti harus berurusan dengan tugas yang sulit - mereka berusaha menyusun sebuah teka-teki di mana beberapa bagian DNA hilang.
Mari kita mencari tahu apakah kita perlu menghidupkan kembali spesies yang sudah punah (Beth Shapiro yakin itu sepadan), kesulitan apa yang menunggu kita di sepanjang jalan dan apa yang dapat menyebabkannya.
Kutipan
MENCIPTAKAN CLONE
Ketika Anda bekerja di tundra, tidak ada yang peduli bahwa Anda bernyanyi dengan keras, berjalan di sepanjang sungai yang berliku. Tidak ada yang menertawakan lima lapis pakaian yang dikenakan pada Anda, dan tidak mengolok-olok berbagai jaring yang Anda libatkan dalam upaya terakhir Anda untuk mengusir nyamuk dari tubuh Anda. Tidak ada yang memimpin dengan telinga ketika helikopter Mi-8 Anda yang berpengalaman melakukan pendaratan tak terduga di tengah tundra Siberia untuk menjemput pasangan berbahasa Prancis dengan anak berusia lima tahun dan kulkas merah besar.
Saya mempelajari semua ini pada musim panas 2008, selama apa yang saya ingat dengan indah sebagai musim berburu tulang yang paling aneh dan paling tidak berhasil. Musim panas itu kami menghabiskan beberapa minggu di sebuah kamp kecil yang dikelilingi oleh danau-danau di tundra dataran rendah Semenanjung Taimyr. Kami memburu mammoth.
Ekspedisi ke Taimyr dipimpin oleh Bernard Buig, seorang penjelajah Kutub Utara yang berpengalaman dan eksentrik, dan tidak ada alasan untuk percaya bahwa kita akan gagal. Selama beberapa dekade, Bernard memimpin perusahaan Cerpolex (dari Pameran CERcles POLaires Prancis) dan memimpin ekspedisi darat di Siberia dan Kutub Utara. Ekspedisi ini dimulai di markasnya yang lengkap di Khatanga, sebuah kota kecil Rusia di Sungai Khatanga di Wilayah Krasnoyarsk. Pada awal 2000-an, Bernard beralih ke ekspedisi yang lebih bersifat ilmiah, dan mendirikan organisasi Mammuthus ("mammoth" Latin) di bawah Zerpolex, tujuan yang dinyatakan adalah untuk mengeksplorasi dan mengagungkan Kutub Utara dan banyak harta karunnya. Namun, seperti yang diisyaratkan oleh nama organisasi ini, fokus perhatian khususnya adalah mencari sisa-sisa mumi yang dimumikan dan mempromosikan penelitian mereka. Pembentukan Mammuthus adalah langkah yang giat, atau sangat tepat waktu, karena sejak awal abad ini mumi mamut dan raksasa kuno lainnya di zaman es mulai ditemukan secara mengejutkan sering di permafrost Siberia.
Setelah bertemu dengan Bernard, tidak mungkin untuk tidak memastikan kualitas kepemimpinannya dan keberhasilan ekspedisi. Pada 2008, Bernard memiliki puluhan tahun pengalaman bekerja di tundra Siberia. Dia memiliki energi dan antusiasme yang tiada habisnya, sangat mengenal kesulitan logistik ketika bekerja di Siberia (dan tahu bagaimana mengatasi kesulitan-kesulitan ini), dan juga memiliki banyak koleksi jaket hangat. Yang paling penting, ia berkolaborasi dengan penduduk setempat untuk waktu yang lama, dan ini entah bagaimana menjelaskan mengapa ia sering menjadi orang pertama yang mendapatkan akses ke mumi mamut yang baru ditemukan. Semuanya menunjukkan bahwa ekspedisi harus berhasil.
Petualangan kami dimulai di rumah Siberia Bernard di Khatanga. Khatanga adalah tempat yang tidak biasa. Ini adalah salah satu titik paling utara di dunia tempat orang tinggal. Meskipun populasi kota ini kurang dari 3,5 ribu orang, ada bandara, hotel dan museum alam dan etnografi, penuh dengan pameran yang berkaitan dengan orang-orang yang tinggal di daerah ini dan sejarahnya. Khatanga juga memiliki beberapa restoran yang menyajikan daging hewan lokal yang dibumbui dengan adas, dan beberapa toko kecil yang menjual wortel dengan tanda-tanda radang dingin seharga $ 8, senapan mesin semi-otomatis dan aneka permen kunyah rasa yang mewah. Jalan dan tepian sungai dipenuhi dengan mekanisme yang tidak dikenal, beberapa di antaranya mungkin masih berfungsi. Orang-orang tinggal di mana saja - di gubuk kayu kecil, dan di gedung apartemen besar dan bahkan mengangkut kontainer - yang digunakan di kapal kontainer untuk mengangkut barang melintasi lautan. Bahkan rumah Bernard sebagian terdiri dari kontainer pengangkut yang dihubungkan bersama dan, mungkin, terisolasi dengan baik dari lingkungan. Pada akhirnya, kota ini terletak di 71 derajat lintang utara, dan musim dingin di Khatanga gelap dan dingin, dengan suhu minimum rata-rata bulanan sekitar –35 ° C dan tidak adanya sinar matahari selama berhari-hari di bulan Desember dan Januari. Benar, kami berada di sana dari bulan Juli hingga Agustus, dan suhu udara berfluktuasi dalam kisaran yang dapat diterima yaitu 5-15 ° C, dan matahari bersinar sepanjang waktu. Tentu saja, beberapa nyamuk berkeliaran, merusak sisa atmosfer yang indah. Lebih tepatnya, beberapa ratus nyamuk.
Per sentimeter kubik udara.
Bernard, istrinya, Sylvia, dan keponakan mereka yang berumur dua puluh tahun, Pete, beberapa orang Rusia yang bekerja untuk Bernard, seorang direktur wanita Prancis dan pacarnya, serta sejumlah besar ilmuwan dengan beragam minat mengenai hewan dari zaman es berpartisipasi dalam ekspedisi kami. Ilmuwan tertua dalam kelompok kami adalah Dan Fisher, seorang spesialis raksasa dan profesor di Universitas Michigan. Dan adalah pakar dunia dalam bidangnya: dengan meneliti pola pertumbuhan gading mamut, ia dapat menentukan jenis kelamin, sejarah reproduksi, gaya hidup, dan bahkan penyebab kematian hewan. Dan juga mengukur jumlah isotop stabil dari unsur-unsur kimia, karbon dan nitrogen, yang terakumulasi dalam gading raksasa saat tumbuh. Isotop-isotop ini membentuk catatan perubahan yang hampir terus-menerus dalam makanan mammoth dan lingkungannya. Adam Rountry dan David Fox, yang sebelumnya dilatih di bawah Dan, juga bekerja bersama kami. Akhirnya, ada dua peneliti DNA di antara kami: saya dan Ian Barnes, yang saat itu mengajar di Royal Holloway College di University of London, tetapi saya bertemu dengannya pada saat saya sedang mengerjakan disertasi di Oxford University.
Dan, David, dan Adam bermimpi menemukan gading, sementara Ian dan aku berharap akan tulang yang sangat besar. Tusk lebih cocok untuk analisis isotop, tetapi mereka mengandung sangat sedikit DNA. Ian dan saya juga tertarik pada semua hewan yang hidup di Taimyr selama masa penipisan, jadi kami tidak benar-benar fokus mengumpulkan tulang mammoth.
Untuk alasan yang tetap menjadi misteri bagi saya, dan terlepas dari janji yang dibuat untuk Bernard sebelum kami tiba di Khatanga, kami harus menunggu seminggu penuh untuk helikopter. Kami sementara menetap di Bernard dan, untuk menghabiskan waktu, mulai mempelajari Khatanga. Kami mencoba banyak jaket hangat dan kelambu. Kami berkeliaran di jalan-jalan, menggoda anjing-anjing lokal dan mencoba mengungkap tujuan berbagai mekanisme. Kami memasang perangkap untuk serangga dan menentukan jenis serangga yang ada di sana. Kami mengebor beberapa tulang dari koleksi Bernard untuk kru film kami dan untuk kepentingan proyek penelitian di masa depan. Sementara kami menunggu, Bernard mengatur dan terlibat dalam pertemuan satu demi satu dengan kelompok ilmuwan Rusia dan spesialis logistik. Pertemuan-pertemuan ini sangat jelas dan menarik: peta-peta raksasa tidak muat di atas meja, percakapan berubah menjadi nada tinggi, rekonsiliasi dengan dokumen-dokumen ilmiah lama yang menggambarkan batas-batas geografis dari glasiasi masa lalu dilakukan, vodka dituangkan ke dalam gelas dan rencana untuk tamasya di masa depan dibuat.
Akhirnya, helikopter tiba dan tiba waktunya untuk terbang ke lapangan. Kami mengumpulkan makanan, bahan bakar, dan barang-barang, dan berkendara dari rumah Bernard langsung ke bandara. Kami melewati kontrol keamanan ke landasan pacu dan bertemu berhadapan muka dengan kendaraan kami berikutnya: helikopter Mi-8 yang kami cintai. Sekitar seperempat dari ruang di dalamnya sudah ditempati oleh dua tabung gas besar. Setelah melewati silinder, kami memasukkan peralatan berkemah, kamera, dan peralatan pencahayaan untuk syuting, dua perahu karet besar dan dua motor tempel dengan kapasitas masing-masing 250 tenaga kuda, persediaan beras dan makanan beku kering yang tidak diketahui, cukup untuk memberi makan dua puluh orang selama enam minggu. , tabung raksasa bensin untuk memasak dan vodka dalam jumlah yang cukup untuk merasakan kebahagiaan setidaknya selama sehari. Sekitar sepertiga dari jendela hilang di helikopter Mi-8, mungkin membuatnya lebih mudah untuk merokok.
Setelah memuat semua barang kami, kami naik ke dalam dan duduk di bangku-bangku di bawah jendela, juga di atas benda-benda dan tabung gas. Yang terakhir naik adalah Pasha, anjing juru masak kami, seekor husky Siberia berusia satu tahun. Pasha menyatakan keprihatinannya tentang berpartisipasi dalam ekspedisi kami, mencoba untuk bergabung dengan penutup landasan di bawah jalan. Saya berbagi keraguan Pashin tentang mana yang lebih baik: ditelan landasan pacu atau terbang ke langit di Mi-8. Ketika menjadi jelas bahwa strip tidak ingin menyerap Pasha, dia melarikan diri. Si juru masak dan salah seorang pilot keluar, mengisap beberapa batang rokok, menangkap Pasha, menjemputnya di tengah jalan, entah bagaimana berhasil merindukannya, menangkapnya lagi, cukup menenangkan dirinya untuk menyeretnya ke ujung jalan dan membawanya ke pintu, dan akhirnya kami menetap di kokpit. Dengan seruan gembira dan lolongan Pasha yang putus asa, kami turun dari tanah dan terbang menuju tundra.
Transfer nuklir somatik
Jika begitu banyak tulang telah terkumpul dalam koleksi di seluruh dunia, mengapa kita perlu keluar di lapangan untuk mencari lebih banyak? Mengapa berurusan dengan helikopter yang rusak, tambang emas, dua puluh empat jam siang hari, dan awan nyamuk? Jawabannya sederhana: tulang terbaik adalah tulang yang datang langsung kepada kita dari es tundra. Kami ingin menemukan tulang yang belum pernah dicairkan. Mereka mengandung sel-sel yang paling diawetkan dengan DNA yang paling terjaga.
Kami bukan satu-satunya kelompok ilmuwan yang menghabiskan musim panas mereka di Kutub Utara untuk mencari sisa-sisa hewan zaman es atau nongkrong di ladang emas, tetapi saya senang berpikir bahwa kami memiliki pendekatan bisnis yang paling masuk akal. Misalnya, kita tahu bahwa kita tidak mencari sel yang dapat dikloning. Segala sesuatu yang diketahui para ilmuwan tentang hewan kloning menggunakan sel somatik (yaitu, mereka bukan sperma, atau telur) menunjukkan bahwa kloning akan bekerja hanya jika sel mengandung genom utuh. Tidak ada sel seperti itu yang ditemukan di sisa-sisa hewan yang punah yang ditemukan di es tundra.
Penghancuran DNA dimulai segera setelah kematian tubuh. Sel tumbuhan dan hewan mengandung enzim yang bertugas memutus ikatan dalam molekul DNA. Enzim ini, yang disebut nuklease, ditemukan dalam sel, cairan air mata, air liur, keringat, dan bahkan di ujung jari kita. Sementara kita hidup, nuklease sangat penting bagi kita. Mereka menghancurkan mikroba patogen yang memasuki tubuh kita sebelum menyebabkan kerusakan. Mereka memperbaiki DNA yang rusak, memungkinkan sel-sel kita untuk memperbaiki apa yang rusak. Dan setelah kematian sel-sel kita, nuklease menghancurkan DNA mereka, sehingga lebih mudah bagi tubuh kita untuk membuangnya. Dengan kata lain, nukleasi berevolusi sedemikian rupa agar tetap aktif setelah sel mati, dan ini adalah berita buruk bagi mereka yang ingin mengkloning mammoth.
Di laboratorium, kami tidak mengizinkan nukleasi untuk menghancurkan DNA yang kami coba isolasi, baik dengan merendam sampel segar dalam larutan inhibitor kimia atau dengan membekukannya dengan cepat. Arktik adalah tempat yang dingin, tetapi tidak cukup dingin untuk membekukan sesuatu (terutama sebesar mammoth) cukup cepat untuk melindungi DNA dari pembusukan. Selain itu, nuklease diproduksi oleh semua organisme hidup, termasuk bakteri dan jamur, yang menjajah tubuh hewan mati yang membusuk. Karena itu, kemungkinan genom sel apa pun dapat tetap utuh untuk waktu yang lama setelah kematian adalah kecil. Tanpa genom utuh, kloning raksasa tidak akan berhasil. Lebih tepatnya, tidak mungkin untuk mengkloning mammoth dengan transfer nuklir somatik.
Pemindahan nuklir somatik adalah nama yang membosankan, tetapi cukup tepat untuk proses ini, berkat yang kami miliki, khususnya, klon paling terkenal - domba Dolly (Gambar 8). Dolly dikloning oleh para ilmuwan dari Roslyn Institute di Skotlandia pada tahun 1996. Para ilmuwan membuang nukleus, bagian dari sel yang mengandung genom, dari sel susu yang diambil dari domba dewasa, dan menempatkan nukleus ini dalam telur yang disiapkan dari domba dewasa lainnya. Kemudian sel telur ini berkembang di dalam rahim wanita dewasa lain menjadi individu yang sepenuhnya sehat dari jenisnya. Penting untuk dicatat bahwa domba yang dikloning dengan transfer nuklir secara genetik identik dengan hewan yang menjadi donor sel kelenjar susu dan tidak ada hubungannya dengan ibu penggantinya atau domba dari mana telur diambil.
Untuk memahami seluk-beluk proses ini, Anda perlu mempelajari sesuatu tentang sel. Tubuh kita (dan tubuh organisme hidup lainnya) terdiri dari tiga jenis dasar sel: batang, genital, dan somatik. Somatik - yang terpenting, ini termasuk sel kulit, sel otot, sel jantung, dll. Sel somatik memiliki seperangkat kromosom diploid, yang berarti bahwa mereka mengandung dua salinan dari masing-masing kromosom - satu dari ibu dan satu dari ayah. Sel somatik juga memiliki spesialisasi - ini bisa berupa sel otak, sel darah atau sel payudara, mirip dengan yang digunakan untuk membuat Dolly. Kategori sel lain adalah sel germinal primer (gonosit), tempat gamet terbentuk - sel sperma dan sel telur. Gamet memiliki seperangkat kromosom haploid, yaitu, mereka hanya mengandung satu salinan dari masing-masing kromosom. Dengan reproduksi seksual normal, dua gamet haploid bergabung pada saat pembuahan, membentuk zigot diploid, yang darinya embrio berkembang.
Dalam transfer nuklir, tahap pembuahan dan fusi gamet dihilangkan. Sebaliknya, proses yang disebut enukleasi terjadi, di mana genom telur haploid dihilangkan. Kemudian, inti diploid dari sel somatik (dalam kasus Dolly, sel-sel payudara) ditempatkan pada tempatnya.
Di bawah reproduksi seksual normal mamalia, zigot yang terbentuk selama pembuahan mengandung sel-sel yang tidak memiliki spesialisasi. Sel-sel yang tidak terspesialisasi tersebut termasuk dalam kategori ketiga dan disebut sel-sel induk. Sel-sel induk yang membentuk zigot pada tahap awal perkembangannya disebut totipoten, karena mereka dapat berubah menjadi sel-sel dari jenis apa pun dan, oleh karena itu, dapat memunculkan organisme hidup yang utuh. Dengan perkembangan lebih lanjut dari embrio, sel-sel berkembang biak dan mulai berdiferensiasi, yaitu melakukan fungsi yang lebih khusus dalam tubuh. Pada salah satu tahap awal perkembangan embrio, sel batang totipoten kehilangan kemampuannya untuk berubah menjadi sel jenis apa pun, tetapi masih belum memiliki spesialisasi yang jelas. Sekarang sel-sel ini disebut pluripotent. Sel induk berpotensi majemuk mamalia, misalnya, dapat diubah menjadi sel jenis apa pun kecuali plasenta.
Sel induk berpotensi majemuk sangat menarik bagi ilmu pengetahuan, karena mereka dapat digunakan untuk mengobati orang. Ketika sel-sel induk membelah, mereka menghasilkan sel-sel induk lain atau sel somatik khusus. Ini berarti mereka berpotensi menggantikan sel yang sakit atau rusak. Sel induk dapat ditemukan tidak hanya pada embrio yang sedang berkembang, tetapi juga di semua jaringan tubuh orang dewasa. Sel-sel induk dewasa cenderung lebih terspesialisasi daripada yang embrionik, tetapi meskipun demikian, mereka sangat penting untuk memperbaiki jaringan yang rusak dan memperbaruinya. Untuk tujuan medis, sel induk dewasa sering diambil. Sebagai contoh, sel induk hematopoietik dapat berubah menjadi berbagai jenis sel darah, dan mereka digunakan dalam pengobatan penyakit darah, termasuk leukemia.
Mari kita kembali ke kloning transfer nuklir. Sel somatik, tidak seperti sel punca, sangat terspesialisasi. Mereka tidak dapat berubah menjadi berbagai jenis sel, karena mereka mewakili titik akhir dari proses diferensiasi. Sel somatik memiliki fungsi spesifik, dan mekanisme selulernya disesuaikan dengan kualitas pekerjaan ini. Dalam sel somatik yang diambil dari kelenjar susu domba, hanya protein-protein itu yang dibutuhkan untuk menjalankan fungsi sel susu, dan karenanya hanya gen yang menyandikan protein-protein ini yang termasuk di dalamnya.
Agar sel somatik dapat berubah menjadi organisme hidup yang utuh, ia harus “melupakan” segala sesuatu tentang spesialisasi dan dibedakan. Itu harus kembali berubah menjadi sel induk embrionik.
Meskipun Dolly bisa dibilang hewan paling terkenal yang lahir dari transfer nuklir somatik, dia bukan klon pertama yang diciptakan dengan cara ini. Pada 50-an dan 60-an abad ke-20, John Gerdon dari Universitas Oxford membuktikan bahwa telur katak berkembang dalam katak bahkan setelah inti sel-sel ini telah dihilangkan dan digantikan oleh inti sel somatik. Meskipun pada saat itu mekanisme fenomena ini tidak dipahami dengan baik, pengamatan utama Gerdon adalah bahwa telur entah bagaimana memulai proses dedifferensiasi sel somatik - dan yang terakhir "lupa" jenis sel itu sebelumnya. Pada 2012, Gerdon menerima Hadiah Nobel untuk penemuan ini bersama dengan Xinya Yamanaka dari Universitas Kyoto.
Yamanaka kemudian menemukan bahwa pluripotensi yang sama (dedifferensiasi sel somatik) dapat dicapai secara in vitro, yaitu dalam kultur jaringan dalam kondisi laboratorium, dengan menambahkan ke dalam sel serangkaian faktor transkripsi, yaitu protein yang mengikat bagian DNA tertentu dan mengendalikan gen mana yang seharusnya hidupkan dan kapan. Sel-sel seperti itu disebut sel induk pluripotent terinduksi (iPSC).Transfer nuklir digunakan untuk mengkloning domba, sapi, kambing, rusa, kucing, anjing, katak, musang, kuda, kelinci, babi, dan banyak hewan lainnya. Mengkloning hewan dengan sifat-sifat spesifik yang diinginkan juga mendapatkan popularitas. Layanan komersial untuk hewan peliharaan kloning dan membuat keturunan kuda hasil kloning diiklankan secara luas di Internet. Hasil pertama sudah terlihat: pada akhir 2013, kuda Shaw Mi yang berusia enam tahun, klon kuda betina Sage, yang tampil di polo berkuda, menjadi juara Triple Crown di Argentina, mungkin dengan demikian mengantarkan era baru dalam pembiakan hewan untuk pertunjukan dan olahraga.Namun, kloning dengan transfer nuklir memiliki efisiensi yang rendah. Dolly adalah satu-satunya embrio dari 277 yang diciptakan di Roslyn Institute, yang hidup untuk menyaksikan kelahirannya. Kuda betina bernama Prometheus, kuda hasil kloning pertama yang dilahirkan adalah satu-satunya embrio dari 841 yang berkembang menjadi individu penuh jenisnya. Snuppi, laki-laki Anjing Hound Afghanistan, yang dikloning oleh ilmuwan Korea Hwan U Sok, adalah salah satu dari dua anak anjing yang lahir setelah 1.095 embrio ditanamkan oleh 123 ibu pengganti yang berbeda, dan satu-satunya yang hidup lebih dari beberapa minggu. Dalam semua kasus ini, para ilmuwan memiliki akses ke jumlah sel somatik yang berpotensi tak terbatas yang diambil dari hewan hidup.Mammoth yang hidup tidak ada.»Rincian lebih lanjut tentang buku ini dapat ditemukan disitus penerbitUntuk pembaca blog ini, diskon 20% untuk kupon - Mammoth