DNA ng Nicobar pigeon at 2,300 target na natukoy ng AI, magdadala sa proyekto ng pagbuhay sa dodo sa bagong yugto ng pagsusuri

Sentro ang isang buhay na kalapati sa panukalang pagbabalik ng isang patay nang ibon

Ayon sa Colossal Biosciences, natukoy ng bago nitong artipisyal na intelihensiyang platform ang humigit-kumulang 2,300 target sa DNA na maaaring makatulong magpaliwanag sa natatanging tuka at ayos ng mukha ng dodo. Dumaraan sa isang espesye na matatagpuan sa Andaman at Nicobar Islands at iba pang bahagi ng Timog-silangang Asya ang planong paglikha ng kompanyang biotechnology na nakabase sa Dallas ng isang buhay na ibon: ang Nicobar pigeon.

Mayroon na ngayong 36 Nicobar pigeon ang kompanya sa isang breeding colony sa Texas. Plano nitong gamitin ang mga selula ng mga ito bilang panimulang materyal upang lumikha ng mga ibong magtataglay ng piling katangian ng dodo, sa pamamagitan ng pagsasama ng sinaunang DNA, genetic engineering at mga pamamaraang reproduktibo na gumagamit ng mga inahing manok bilang surrogate.

Inilalarawan sa anunsyo ng GenoMorph ng Colossal ang isang kagamitang sinanay gamit ang datos tungkol sa pag-unlad ng pugo, pato, manok at kalapati. Layunin nitong paliitin ang napakalawak na listahan ng mga pagkakaiba sa henetika tungo sa mga kandidatong maaaring subukan ng mga siyentipiko sa laboratoryo.

Tatlong magkakaugnay na gawain ang kinakaharap ng proyekto: tukuyin kung aling mga pagbabago sa DNA ang lumilikha ng ninanais na katangian, gawin ang mga pagbabagong ito sa mga selulang maipapasa ang mga ito sa mga supling, at maghanda ng angkop na tirahan sa Mauritius, ang tanging likas na tahanan ng dodo. Kailangan ang pag-usad sa bawat larangan bago maging bahagi ng populasyon ng mga ibong nagpaparami roon ang isang ininhinyerong ibon.

Inilalarawan ng kompanya ang nilalayong hayop bilang isang gumaganang dodo na nagtataglay ng mahahalagang katangian ng nalipol na espesye. Samantala, tinatawag ng Natural History Museum ang posibleng kalalabasan na isang kalapating kahawig ng dodo. Sumasalamin ang pagkakaibang ito sa paglalarawan sa isang mahalagang debateng siyentipiko: gaano kalapit ang maaaring itugma ng isang ininhinyerong ibon sa isang hayop na hindi pa lubos na nauunawaan ang hitsura at asal.

Bakit mahirap lutasin ang palaisipan gamit ang iisang nabubuhay na genome

Nakabuo ang Colossal ng isang de-kalidad na genome ng dodo, kumpara sa 104 genome ng woolly mammoth na binanggit sa anunsyo nito tungkol sa GenoMorph. Ang genome ang kabuuan ng mga tagubiling henetiko ng isang organismo. Nakakatulong ang pagkakaroon ng maraming halimbawa upang matukoy ng mga mananaliksik kung aling mga pagkakaiba ang karaniwan sa loob ng isang espesye at alin ang may kaugnayan sa partikular na mga katangian.

Mahirap na kapaligiran ang Mauritius para mapanatili ang mga tagubiling ito. Pinagdurugtag ng init at halumigmig ang DNA, samantalang napreserba ang mas maraming materyal sa mas malamig na mga kondisyong kaugnay ng mga labi ng mammoth. Dahil iisa lamang ang de-kalidad na genome ng dodo, mas kaunti ang pagkakataon ng mga siyentipiko na tiyakin kung karaniwan sa mga dodo ang isang partikular na katangiang henetiko.

Nakipagtulungan si Beth Shapiro, punong opisyal sa agham ng Colossal, kina Tom Gilbert at John Fjeldså ng University of Copenhagen upang pamunuan ang pangkat sa pagse-sequence at pagbubuo ng genome. Gumamit sila ng DNA na kinuha mula sa isang bungo na nasa pangangalaga ng Natural History Museum of Denmark, ayon sa plano ng proyekto ng dodo ng kompanya.

Ayon sa Colossal, sinuri ang genome sa humigit-kumulang 50X coverage. Nangangahulugan ito na nabasa nang halos 50 ulit sa karaniwan ang mga bahagi ng DNA, na tumulong sa mga mananaliksik na suriin ang pagkakasunod-sunod nito. Inilarawan din ng kompanya na halos 95% na ang napunan sa genome at papatapos na ang pagsusuri nito. Sinusukat ng coverage ang paulit-ulit na pagbasa; tumutukoy naman ang completeness sa bahaging narekober ng pagkakasunod-sunod.

Paano hinahanap ng GenoMorph ang hugis ng tuka ng dodo

Pinagsasama ng GenoMorph ang impormasyon tungkol sa mga buhay na ibon at ang sinaunang sequence ng dodo. Ayon sa Colossal, kabilang sa ginamit nitong datos sa pagsasanay ang mga regulatory DNA na kinuha sa anim na yugto ng pag-unlad ng embryo at tatlong bahaging may papel sa pag-unlad ng mukha, gayundin ang henetikong impormasyon at mga sukat ng bungo mula sa mahigit 70 espesye ng ibon.

Kumikilos ang regulatory DNA na parang hanay ng mga switch at dimmer. Tinutulungan nitong kontrolin kung kailan nagiging aktibo ang isang gene, saan ito kumikilos at gaano kalakas ang epekto nito. Maaaring makaapekto sa hugis ng umuunlad na tuka o bungo ang mga pagbabago sa mga kontrol na ito.

Sa detalyadong paghahati ng datos ng kompanya, 653 kandidatong regulatory element ang iniuugnay sa laki ng tuka at 1,698 naman sa kapal at lapad nito. Umabot sa 2,351 ang kabuuan ng mga kandidatong ito, na tugma sa tinatayang 2,300 target na binanggit sa pangunahing bilang.

Ipinaliwanag ni Shapiro kung paano inililipat ng kompanya ang mga prediksiyon ng computer tungo sa mga eksperimento:

Sa halip, pinag-aaralan ng GenoMorph kung paano umuunlad ang mga bungo at tuka ng mahigit 70 espesye ng buhay na ibon at inaalam kung aling mga switch sa henetika ang kumokontrol sa hugis ng mga ito. Nagbigay ito sa amin ng pinaikling listahan ng humigit-kumulang 2,300 kandidatong may kaugnayan sa laki at hugis ng tuka. Kasalukuyan nang pinapatunayan sa laboratoryo ang mga target na ito.

Nangangahulugan ang pagpapatunay sa laboratoryo ng pagbabago o pagsusuri sa isang kandidatong rehiyon ng DNA at pagmamasid sa mangyayari. Kailangang alamin ng mga mananaliksik kung aling mga kandidato ang nakaaapekto sa pag-unlad, gaano kalaki ang epekto ng mga ito at paano nag-uugnayan ang mga ito bago pumili ng mga pagbabagong gagawin sa mga selula ng Nicobar pigeon.

Ano ang pakinabang ng Nicobar pigeon?

Ang Nicobar pigeon ang pinakamalapit na nabubuhay na kamag-anak ng dodo. Iba ang hitsura nito sa nalipol na ibon dahil sa kumikinang na berde at tansong balahibo at kakayahan nitong lumipad, ngunit dahil magkalapit ang kanilang henetika, ito ang pundasyon ng plano ng Colossal para sa genetic engineering.

Mahalaga ring paghahambingan ang nalipol na Rodrigues solitaire. Itinuturing ito ng Colossal na pinakamalapit na kamag-anak ng dodo sa antas ng henetika at ginagamit ang genome nito upang unawain kung aling mga katangian ang pareho sa dalawang nalipol na ibon. Simple ang pagkakaiba: nagbibigay ang solitaire ng sinaunang henetikong impormasyon, samantalang makapaghahandog ang buhay na Nicobar pigeon ng mga selula para sa mga eksperimento at reproduksiyon.

Ayon sa Colossal, pinalaki ng matagumpay na pagpaparami ang kolonya nito sa Texas at umabot na ito sa 36 ibon. Nagbibigay-daan ang kolonya upang mapag-aralan ng mga mananaliksik ang pag-unlad, reproduksiyon at henetika ng mga ito, habang nagsusuplay rin ng mga espesyalisadong selulang kailangan sa iminungkahing pamamaraan ng reproduksiyon.

Tinatawag ang mga selulang ito na primordial germ cell, o PGC. Mga unang yugto ito ng mga selulang kalauna'y nagiging itlog o semilya. Nagbibigay ang pag-edit sa mga ito ng paraan upang maipasa sa mga supling ang mga pagbabagong henetiko, sa halip na baguhin lamang ang katawan ng iisang ibon.

Naging mahalagang hakbang ang pagpapalago ng mga selulang reproduktibo

Nauna nang inanunsyo ng Colossal na pinalago nito nang 60 araw ang mga primordial germ cell mula sa rock dove, ang karaniwang kalapating matatagpuan sa mga lungsod. Sinubukan ng mga mananaliksik nito ang mahigit 300 kombinasyon ng mga sustansiya, growth factor at iba pang sangkap bago makahanap ng mga kondisyong nagpapanatili sa paglaki ng mga selula.

Ayon kay Anna Keyte, direktor ng mga espesye ng ibon ng Colossal, hindi gumana sa iba pang nasuring ibon, kabilang ang pugo, ang matagal nang ginagamit na timpla para sa mga germ cell ng manok. Maaaring magkakaiba ang kondisyong kailangan ng bawat espesye, kaya praktikal na hakbang ang resulta sa rock dove tungo sa pagsasaliksik sa mga selula ng Nicobar pigeon.

Hindi pa dumaan sa peer review ang pananaliksik sa rock dove nang ilabas ang anunsyo. Pagsusuri ito ng ibang mga mananaliksik bago ilathala ang pananaliksik sa isang siyentipikong journal. Kalaunan, sinabi ng Colossal na nalikha nito sa pananaliksik sa Nicobar pigeon ang mahahalagang selulang nagiging itlog at semilya.

Ang susunod na pagsusuring reproduktibo na inilarawan matapos ang anunsyo tungkol sa rock dove ay ang paggamit ng mga napalaking selula ng kalapati upang makalikha ng mga buhay na kalapati sa pamamagitan ng mga inahing manok na surrogate. Itinatakda rin ng plano ng Colossal ang pagsubok sa iba’t ibang kondisyon upang mapahusay ang paglaki ng mga primordial germ cell ng Nicobar pigeon, at pagkatapos ay ipakilala sa mga selulang ito ang piling katangian ng dodo.

Bakit kabilang sa plano ang mga manok

Nangangailangan ng ibang pamamaraan ang reproduksiyon ng mga ibon kumpara sa mga paraang ginagamit sa pag-clone ng mga mammal. Umaasa ang estratehiya ng Colossal sa mga manok na nagdadala ng mga selulang reproduktibo mula sa mga kalapati, matapos alisin sa pamamagitan ng genetic engineering ang sariling mga germ cell ng mga manok.

Ililipat ng mga mananaliksik ang mga inedit na primordial germ cell ng kalapati sa mga embryo ng manok na umuunlad pa. Layunin nitong makalikha ng mga adultong ibong surrogate na gagawa ng mga itlog o semilyang nagmula sa mga nailipat na selula. Sa pagpaparami gamit ang sistemang ito, magkakaroon ng mga supling na nagtataglay ng mga piniling pagbabagong henetiko.

Kapaki-pakinabang ang mga manok dahil malawak na ang karanasan ng mga siyentipiko sa henetika at reproduksiyon ng mga ito. Ayon din sa Colossal, mas madaling pangasiwaan ang mga manok kaysa sa mga kalapati dahil limitado ang kakayahan ng mga ito sa paglipad.

Ipinaliwanag ni Shapiro na nadaragdagan ang tagal ng proseso dahil kailangang magtatag ng magkakahiwalay na linya ng inahin at tandang. Kailangang makakuha ang mga mananaliksik ng mga ibong gumagawa ng kinakailangang mga selulang reproduktibo at paramihin ang mga ito upang matanggap ng mga supling ang nilalayong mga pagbabago mula sa parehong magulang. Tinutukoy rin ng plano ng proyekto ng kompanya ang limitadong kahusayan ng sabay-sabay na paggawa ng maraming pagbabago sa henetika bilang teknikal na hadlang.

Mas mabilis na paraan upang subukan ang mga pagbabago sa loob ng itlog

Ayon sa Colossal, nakagawa ito ng mga lipid nanoparticle na naghahatid ng mga kasangkapang panghenetika direkta sa mga umuunlad na embryo ng ibon. Dinadala ng maliliit na partikulong ito, na gawa sa matatabang materyal, ang DNA, RNA o mga bahagi ng CRISPR papasok sa mga selula. Kasangkapan ang CRISPR na ginagamit sa paggawa ng mga naka-target na pagbabago sa DNA.

Bilis ang iminumungkahing pakinabang nito. Mapagmamasdan ng mga siyentipiko kung paano naaapektuhan ng isang pagbabago ang pag-unlad ng embryo nang hindi naghihintay na lumaki ang isang ibon at matapos ang isang siklo ng pagpaparami. Makakatulong ito sa pagsala sa mga kandidato ng GenoMorph bago simulan ang mas matagal na proseso ng reproduksiyon.

Sa mga paunang eksperimento, tinarget ang Runx2, isang gene na may papel sa pag-unlad ng buto, sa mga embryo ng mga ibon kabilang ang rock dove at pato. Iniulat ng Colossal na nagkaroon ng nakikitang pagbabago sa mga katangian ng bungo at mukha matapos ang mga pag-edit na ito.

Ayon sa kompanya, inilahad ang mga paunang natuklasan sa mga kumperensiya tungkol sa pag-unlad ng craniofacial at molecular biology, at planong maglathala ng papel sa preprint server na bioRxiv. Ginagawang pampublikong mabasa ng preprint ang pananaliksik bago ang peer review ng isang journal. Ang susunod na gawaing eksperimento ay subukan ang mga kandidatong regulatory element at pumili ng mga pagbabagong may pag-asa para sa mga germ cell ng Nicobar pigeon.

Gaano kalapit sa dodo ang maaaring maging isang ininhinyerong ibon?

Ipinaliliwanag ng gabay ng Natural History Museum tungkol sa dodo ang isang pangunahing suliranin: limitado ang ebidensiya ng mga mananaliksik tungkol sa hitsura at asal ng mga dodo. Walang natitirang kumpletong specimen na inihanda para mapanatili ang hitsura nito, at dalawang halos kumpletong kalansay lamang ang naglalaman ng mga butong alam na mula sa iisang indibidwal. Kapwa matatagpuan ang mga ito sa Mauritius.

Tinataya ng museo na may taas na humigit-kumulang 70 sentimetro at bigat na 12 kilo ang mga dodo. Mas malaking saklaw naman ang nakasaad sa pahina ng proyekto ng Colossal: 81 hanggang 97 sentimetro ang taas at 13 hanggang 23 kilo ang bigat. Ayon sa museo, malamang na nagbabago ang bigat ayon sa panahon, at inilalarawan ng pananaliksik ang isang mas payat at maliksing ibon kaysa sa ipinakikita ng maraming pamilyar na ilustrasyon.

Ayon kay Scott MacDougall-Shackleton, kapwa tagapagtatag at direktor ng Advanced Facility for Avian Research ng Western University, may ugnayan sa pag-unlad ang mga gene, henetika ng mga magulang, hormone at kapaligiran. Ipinaliwanag niya kung bakit tinututulan niya ang paglalarawan ng kompanya sa layunin nito:

Sa panahon ng pag-unlad, nag-uugnayan ang ating genome sa mga genome ng magulang, mga hormone at kapaligiran. Dahil dito, nagiging aktibo o hindi aktibo ang mga gene sa masalimuot na mga paraang hindi natin malalaman o mauulit para sa isang nalipol na espesye.

Nagpahayag din ng pag-aalinlangan si Leonardo Campagna, evolutionary biologist sa Cornell Lab of Ornithology, kung gaano kalawak ang kayang buuing muli ng mga siyentipiko tungkol sa henetikong kayarian ng dodo at sa ugnayan nito sa kapaligiran. Paninindigan ng Colossal na layunin nitong muling likhain ang mahahalagang katangian at tungkulin sa ekolohiya, hindi gumawa ng ganap na magkaparehong henetikong kopya.

Higit pa sa handang mapisâ na itlog ang kailangan ng Mauritius

Nalipol ang dodo sa Mauritius matapos baguhin ng pangangaso, pagbabago sa tirahan at mga ipinasok na hayop ang isla. Banta sa mga ibon at pugad ang mga daga, baboy at iba pang dumating doon. Kailangang tugunan ng anumang programa ng pagpapalaya sa kalikasan ang mga banta na ito at maglaan ng sapat na angkop na tirahan para sa lumalaking populasyon.

Ipinakikita rin ng pagkakasunod-sunod ng mga pangyayari sa kasaysayan kung bakit magkaiba ang huling namataan sa tinatayang petsa ng pagkalipol:

• 1598: Nakarating sa Mauritius ang mga mandaragat na Dutch, kung saan umunlad ang mga dodo nang wala ang mga mandaragit na dumating kasunod ng paninirahan ng tao.
• 1662: Naitala ang pinakakilalang maaasahang pagkakita sa dodo. Binabanggit din ng Natural History Museum ang posibleng pagkakita rito hanggang 1680.
• Bandang 1690: Tinaya ng mga mananaliksik na sina David Roberts at Andrew Solow ang petsa ng pagkalipol sa pagsusuring inilathala noong 2003 at binanggit ng Colossal.
• 1865: Natuklasan ang deposito ng latian ng Mare aux Songes, na nagbigay ng maraming labi na tumulong sa mga siyentipiko na buuing muli ang kapaligiran ng dodo.

Ayon sa Colossal, nakikipagtulungan ito sa mga siyentipikong Mauritian, grupong pangkonserbasyon at pamahalaan, kabilang ang pakikipagsosyo sa Mauritian Wildlife Foundation. Kabilang sa hinahanap nito ang mga lugar na walang daga. Ayon kay Ben Lamm, punong ehekutibo at kapwa tagapagtatag ng kompanya, pipiliin ang mga lugar na pagpapakawalan ng mga ibon matapos ang gawaing pang-ekolohiya at konsultasyon sa komunidad.

Inilarawan ni Lamm ang ambisyong makalikha ng libu-libong ibong may ininhinyerong pagkakaiba-iba sa henetika. Ayon kay Shapiro, unti-unti ang magiging pagpapakilala ng mga ito sa kalikasan. Walang ibinigay na petsa ng pagpisa sa pinakabagong anunsyo tungkol sa AI; ang naunang tantiya ni Lamm na hindi bababa sa lima hanggang pitong taon ay prediksiyong ginawa nang ianunsyo ang mga selulang reproduktibo, at hindi bagong kumpirmadong iskedyul.

Mga pakinabang sa konserbasyon at debate tungkol sa mga prayoridad

Magagamit din ang mga pamamaraang ito sa mga ibong nabubuhay pa. Maaaring makatulong sa mga populasyong kakaunti ang pagkakaiba-iba sa henetika o nahaharap sa malubhang banta ng sakit ang pagpapalago at pagpreserba ng mga selulang reproduktibo at paglilipat ng mga kapaki-pakinabang na baryante sa henetika.

Binabanggit ng Colossal ang Mauritius pink pigeon, na tinatayang may 375 hanggang 490 ang populasyon ayon sa pahina ng proyekto nito, kumpara sa 77 ibong nasa ligaw noong 1994. Ipinakikita ng mga bilang na ito ang pagbangon ng populasyon sa kabila ng patuloy na mga suliranin ng inbreeding at sakit, kabilang ang impeksiyon ng parasito na Trichomonas gallinae.

Nakikita ni Cock van Oosterhout, propesor ng evolutionary genetics sa University of East Anglia, ang potensiyal ng pagtukoy sa resistensiya sa sakit sa mga makasaysayang sample o kaugnay na espesye at pagpapasok nito sa mga nanganganib na populasyon. Nakatanggap siya ng donasyon mula sa Colossal para sa pananaliksik niya sa pink pigeon. Paninindigan niya na makakatulong ang ganitong teknolohiya sa pagbangon ng mga populasyon, ngunit kailangan pa rin ng tuwirang pagkilos upang tugunan ang pagkawala ng tirahan at iba pang sanhi ng krisis sa biodiversity.

Nagbabala ang biyologong taga-Oxford na si Rich Grenyer na maaaring pahinain ng mga pangakong muling bubuhayin ang mga espesye ang pangangailangang agarang pigilan ang pagkalipol. Ang ikinababahala niya ay moral hazard: maaaring mas tanggapin ng mga tao ang pinsala kung naniniwala silang maibabalik o mapapalitan kalaunan ang isang nalipol na espesye.

Nagbibigay ng praktikal na bigat sa mga argumentong ito ang pagpopondo sa Colossal. Kasabay ng nauna nitong anunsyo tungkol sa mga selula, ibinunyag ng kompanya ang karagdagang pondong $120 milyon, kaya umabot sa $555 milyon ang kabuuang nalikom nito at $10.2 bilyon ang halaga nito. Inanunsyo rin ng mamumuhunan at tagapagtatag ng XPRIZE na si Peter Diamandis ang NeoGenesis Capital upang suportahan ang mga negosyong gumagamit ng programmable biology platform ng Colossal sa kalusugan, agrikultura at konserbasyon.

Pinag-uugnay na ngayon ng proyekto ng dodo ang malaking pribadong pondo sa mga partikular na pagsusuri sa laboratoryo at pagpaplano para sa konserbasyon. Kongkreto ang mga susunod na hakbang: patunayan ang mga kandidatong DNA, makalikha ng malulusog na supling na nagtataglay ng mga kapaki-pakinabang na pag-edit at magtatag ng mga kondisyong magbibigay-daan sa pag-survive ng isang populasyon sa Mauritius.

Mahahalagang Punto

• Ayon sa Colossal, natukoy ng GenoMorph ang humigit-kumulang 2,300 kandidatong target sa DNA na may kaugnayan sa tuka at ayos ng mukha ng dodo.
• Iisa ang de-kalidad na genome ng dodo na hawak ng kompanya, at mayroon itong kolonya ng 36 Nicobar pigeon sa Texas.
• Gagamit sa iminungkahing paraan ng reproduksiyon ang mga inedit na germ cell ng kalapati at mga inahing manok na surrogate.
• Layunin ng mga eksperimento sa embryo at pagpapatunay sa laboratoryo na matukoy kung aling mga pagbabagong henetiko ang lumilikha ng mga kapaki-pakinabang na katangian.
• Magtataglay ang nilalayong ibon ng piling katangian ng dodo; pinagtatalunan ng mga siyentipiko kung gaano nito kayang gayahin ang nalipol na espesye.
• Walang kasamang petsa ng pagpisa ang anunsyo tungkol sa AI, at kailangan sa pagpaplano ng pagpapakawala sa kalikasan ang paghahanda ng tirahan at konsultasyon sa Mauritius.