A perspectiva de “reviver” uma espécie extinta – ou uma versão genética híbrida dela – está se aproximando da realidade graças à sofisticação das tecnologias de engenharia do genoma, juntamente com nossa capacidade de extrair e sequenciar amostras arcaicas de DNA.
Em setembro, a empresa de biotecnologia / genética Colossal – co-fundada em 2021 pelo renomado geneticista Professor George Church e o empresário em série Ben Lamm – anunciou que arrecadou US $ 15 milhões em financiamento para um projeto que visa “desextinguir o mamute peludo”.
A missão da empresa não é projetar uma réplica completa do mamute peludo em um laboratório. Em vez disso, é para criar um híbrido genético que combina genes de mamute lanoso com o DNA de um elefante asiático.
O professor Church se juntou à Technology Networks em uma entrevista exclusiva para o The Scientific Observer, explorando a história de Colossal, suas aspirações para o projeto e por que intervenções “gigantescas” são necessárias para combater as mudanças climáticas.
De-extinção: a história de fundo
Antes de olharmos para a forma de extinção, vamos primeiro perguntar: por quê? O que inspirou Church e colegas a se concentrarem no mamute peludo? “Este projeto está realmente sendo feito desde 2006/2007, quando dois jornalistas me perguntaram sobre o movimento para ler o genoma do Mammoth”, explicou Church. Os jornalistas perguntaram se seria possível usar abordagens de biologia sintética para ler e reconstruir o genoma do Mammoth. “Suas indagações me fizeram começar a pensar seriamente sobre isso. Quando cheguei à resposta de que, hipoteticamente, poderíamos fazer, pensei, bem – deveríamosnós fazemos isso? “Church ponderou por algum tempo sobre quais espécies seriam as mais adequadas para testar a hipótese.” Eu pensei sobre muitas espécies diferentes e continuei voltando ao mamute, em grande parte por causa do trabalho dos Zimovs que indicaram os perda de todo um ecossistema e a conversão de grama em árvores e musgo. “Os Zimov a que a Igreja se refere são Sergey e Nikita Zimov, a dupla de pai e filho que fundou e agora dirige o Parque do Pleistoceno na Sibéria.
O parque é uma iniciativa que visa restaurar a Mammoth Steppe, uma região que dominou partes da Europa e da Ásia há mais de 50.000 anos. A Mammoth Steppe era rica em biodiversidade – incluindo, como o nome sugere, o mamute lanoso. A estepe tinha uma alta biomassa e produtividade ecológica atédiminuiu há aproximadamente 10.000 anos ; a causa continua a ser debatida. Agora, a estepe é a tundra ártica; uma paisagem árida coberta por permafrost que contém carbono aprisionado. À medida que a temperatura da Terra sobe e o permafrost derrete, gases de efeito estufa são liberados na atmosfera, exacerbando as mudanças climáticas.
O derretimento do permafrost também revela amostras arqueológicas que foram enterradas por milhares de anos, incluindo os ossos antigos de mamutes lanosos dos quais o DNA pode ser extraído, sequenciado e analisado. Através da leitura do genoma, os cientistas são capazes de reconstruí-lo. Isso não significa que eles possam criar uma réplica exata do mamute lanoso a partir do zero; em vez disso, eles podem pegar seus genes e inseri-los em outra espécie viva usando a engenharia do genoma, como o elefante asiático – o parente vivo mais próximo do mamute. O resultado? Uma criatura híbrida que possui genes de mamute lanudo e elefante asiático especificamente selecionados.
Além da curiosidade científica, por que desejaríamos criar híbridos de mamute-elefante? O site da Colossal descreve 10 motivações principais para o seu “projeto de extinção”:
- Para desacelerar o derretimento do permafrost ártico.
- Para evitar a emissão de gases de efeito estufa aprisionados na camada permafrost – até 600 milhões de toneladas de carbono líquido anualmente.
- Reverter as florestas agora superadas de volta a pastagens árticas naturais, que ajudam com as emissões de carbono.
- Para restaurar o Mammoth Steppe.
- Para promover um ecossistema que possa manter suas próprias defesas contra as mudanças climáticas.
- Para entender as características dominantes entre genomas resistentes ao frio.
- Para salvar os elefantes modernos da extinção.
- Para estabelecer uma ligação comprovada entre as ciências genéticas e as mudanças climáticas.
- Para equipar a natureza com uma resiliência contra os efeitos adversos da humanidade sobre os ecossistemas vitais.
- Para impulsionar os avanços na edição multiplex CRISPR.
Vários desses objetivos estão ligados às mudanças climáticas e ajuda a espécies ameaçadas de extinção. Church e seus colegas da Colossal acreditam que revivendo uma versão híbrida do mamute peludo e introduzindo-o na tundra ártica, o habitat pode ser restabelecido, restaurando a rica biodiversidade e, em última análise, evitando a liberação de gases nocivos do efeito estufa na atmosfera. o derretimento do gelo.
“Os elefantes são os únicos animais que derrubam árvores com eficiência e o aumento resultante na grama produz três resultados favoráveis: maior fotossíntese – portanto, novo sequestro de carbono, maior refletância (albedo) – portanto, menos aquecimento solar e mais neve pisoteada – portanto, maior condutância ao frio para ajudar a congelar o solo e evitar que o metano escape “, disse Church.
Proteger os elefantes asiáticos – que são uma espécie em extinção – também é uma prioridade para a empresa de biotecnologia, explicou Church. Ao criar geneticamente características benéficas no elefante asiático, ele espera que a empresa possa ajudar a promover sua sobrevivência e reprodução. Isso nos leva ao como da agenda de extinção de Colossal.
O conceito de extinção não é um fenômeno novo, evários métodos para reviver uma versão “proxy” de uma espécie antiga foram propostos nos últimos anos. A estratégia da Colossal gira em torno das técnicas de engenharia do genoma que foram refinadas no laboratório da Church nos últimos anos, utilizando a tecnologia CRISPR-Cas9 .
O genoma do mamute lanoso foi obtido a partir de antigas amostras arqueológicas reveladas pelo derretimento do permafrost. As tecnologias de sequenciamento de última geração permitem ao Colossal ler o genoma e compará-lo ao do elefante asiático. Usando esses dados de sequenciamento, os cientistas podem identificar quais genes são específicos para mamutes e codificar as características que Colossal deseja que o híbrido de mamute tenha. Essas características incluem “tufos” de gordura nas costas do mamute que fornecem isolamento,
As células da pele – extraídas do elefante asiático – serão editadas usando métodos CRISPR-Cas9 para inserir os genes específicos do mamute no núcleo. Esse núcleo será então inserido em um óvulo gerado a partir de células-tronco em um laboratório. O ovo será encorajado a se dividir por meios artificiais antes de ser inserido na mãe substituta de um elefante africano, que então carregará o filhote até a gestação. Enquanto os elefantes asiáticos são uma espécie em extinção, os elefantes africanos são classificados como uma “espécie ameaçada”. Esse é o raciocínio de Colossal por trás do uso da última espécie como a mãe substituta do híbrido, para evitar colocar mais pressão sobre as populações de elefantes asiáticos restantes.
Colossal também está considerando se um útero artificial poderia ser usado para levar o híbrido ao termo. Cientistas do Hospital Infantil da Filadélfia trabalharam em vários protótipos diferentes de um “dispositivo de suporte extra-uterino” que testaram usando fetos de cordeiro . No entanto, esses estudos pré-clínicos duraram várias semanas, enquanto o período de gestação de um elefante é de dois anos. Além disso, há uma notável diferença de tamanho entre um feto de cordeiro e um feto de elefante; assim, embora os resultados dos estudos pré-clínicos tenham sido promissores, não está claro – pelo menos por agora – se a tecnologia poderia ser traduzida para uso neste projeto.
Como uma espécie extinta encontrará um nicho na vida moderna?
A visão de Colossal é criar um elefante resistente ao frio que possa prosperar na tundra ártica. Mas a relação complexa entre genótipo e fenótipo significa que é impossível dizer com certeza exata como os híbridos mamute-elefante seriam, se comportariam e interagiriam. Em um artigo de 2016 publicado na Functional Ecology, a professora Beth Shapiro , bióloga molecular evolutiva da University of California Santa Cruz, escreveu: “A edição do genoma garante que o mesmo gene é responsável pelo fenótipo. No entanto, esse gene será expresso como parte de um fundo genômico diferente, cujas consequências não podem ser conhecidas até que o organismo nasça. ”
Nathaniel Kitchelé arqueólogo na Dartmouth University, onde se especializou no estudo das populações do Pleistoceno Superior e do Holoceno Inferior. Quando questionado sobre sua opinião sobre como os híbridos de mamute-elefante podem interagir com animais modernos – e humanos – ele disse à Technology Networks que isso não está “profundamente” claro.
“Enquanto alguns comportamentos provavelmente seriam instintivos, muitos outros teriam sido aprendidos por meio da socialização. Os elefantes modernos são animais altamente inteligentes e sociais, onde os animais jovens aprendem muito com os membros mais velhos de seu grupo”, disse Kitchel. “Sem o processo de aprendizagem social, pode ser que os comportamentos exibidos por qualquer versão recriada de um mamute divergissem consideravelmente das populações agora extintas.” Ele enfatizou que sem o benefício de um grupo social, os elefantes poderiam enfrentar barreiras substanciais ao desenvolvimento neurológico, o que afetaria posteriormente seu comportamento.
Church não ignora as questões potenciais em torno da socialização e enfatizou que a Colossal estará prestando muita atenção a este aspecto do projeto. “Achamos que há maneiras de usar rebanhos de elefantes naturais e também substitutos que são eletromecânicos – isso deve ser determinado – mas a ideia é que poderíamos treiná-los para serem ainda mais bem adaptados do que apenas por meios naturais, em termos de socialização. ”
Ben Lamm (à esquerda) e o Professor George Church (à direita), co-fundadores da Colossal. Crédito: Colossal.
Quais tecnologias nascerão do projeto?
Caso seus esforços de extinção sejam bem-sucedidos, a Colossal não lucrará com os híbridos de mamute-elefante. Em vez disso, são as tecnologias de ponta que se espera que sejam concebidas por meio do projeto que proporcionarão retorno monetário aos investidores.
Por mais ambiciosas que algumas das novas técnicas possam parecer, se o histórico de Church é alguma indicação, seu desenvolvimento bem-sucedido não deve ser descartado. Nas últimas décadas, seu laboratório produziu ou contribuiu para o desenvolvimento de uma série de tecnologias que são essenciais para a pesquisa genômica moderna e além; sejam métodos múltiplos para sequenciamento de próxima geração (de nanopore a técnicas fluorescentes), novas abordagens para a síntese enzimática de DNA ou técnicas para edição de genomas.
De acordo com Church, seu laboratório pode avançar uma nova tecnologia desde o conceito até “pronta para a indústria” com um orçamento de US $ 1 a 2 milhões de dólares. Com $ 15 milhões de dólares no pote de financiamento da Colossal, que frutos tecnológicos podemos esperar de seu projeto de extinção? “Em princípio, esse [financiamento] poderia nos ajudar a criar sete novas tecnologias, mas nada é perfeito”, disse ele. “Teremos sorte se conseguirmos uma tecnologia desse primeiro conjunto [de investimentos].”
Esses métodos, descreve Church, podem ser classificados em uma de duas categorias: “inevitáveis” ou “intencionalmente voltados para o acaso”. “Inevitável” significa que sua concretização é uma coisa bastante certa. Aqueles que visam a serendipidade – incluindo implantação endometrial artificial, métodos para fazer gametas para espécies ameaçadas, tecnologias reprodutivas e possivelmente tecnologias comportamentais – estão entre os aspectos mais desafiadores do projeto.
Os líderes empresariais da Colossal estabeleceram metas agressivas para o projeto: eles preveem que o primeiro bezerro nascerá em seis anos. Este período incorpora dois anos para experimentos iniciais com ratos, dois anos para “depurar” a transição para elefantes e o período de gestação de dois anos, explicou Church.
Uma das barreiras potenciais para este período de tempo é o ajuste fino do processo de engenharia do genoma. Inserir genes de uma espécie no genoma de outra – com sucesso – não é tarefa fácil. Mas o laboratório da Igreja tem muita prática: “Já introduzimos com sucesso 42 alterações no genoma dos suínos. São saudáveis, reproduzem-se e estão a produzir órgãos que podem ser utilizados para ensaios clínicos em hospitais. Isto mostra-nos que sabemos como ir de uma ideia a um conjunto muito complicado de mudanças [genéticas] e fazê-lo funcionar “, disse ele.
O que a equipe não tem certeza agora é quantas mudanças precisarão ser feitas no genoma do elefante asiático para criar o híbrido elefante-mamute. O laboratório da Igreja é pioneira na edição de genoma multiplexado – o processo de introdução de múltiplas mudanças em um genoma simultaneamente; seu número recorde de mudanças bem-sucedidas é de 22.000. “Se [o número de mudanças] for 42, não será necessária muita inovação. Claro, estamos preparados para que seja muito mais do que isso”, disse Church. O número mágico ainda não foi revelado, mas ele prevê que provavelmente seja um pouco mais do que 42, mas consideravelmente menos do que 22.000.
C riticismos de Colossal “desatualizado”?
Independentemente das motivações por trás de sua aplicação, a engenharia do genoma está frequentemente sujeita a um exame minucioso e debate, tanto dentro da comunidade científica quanto em toda a sociedade. A resposta ao gigantesco projeto de Colossal foi um tanto polarizada.
Kitchel disse que, embora ache a ciência por trás dos projetos de extinção “fascinante” e potencialmente importante em termos de desenvolvimento de novas tecnologias, seus sentimentos em relação ao retorno de uma determinada espécie da extinção são um tanto confusos. “Não estou convencido de que a reintrodução desses animais nas regiões do norte terá muito impacto na crise climática, como alguns sugeriram”, disse ele. “Pessoalmente, acho que é melhor protegermos as espécies ameaçadas de se extinguirem, em vez de tentar trazê-las de volta depois de terem desaparecido. Isso obviamente não impede trabalhar na ciência da desextinção, é apenas para dizer que dado os desafios e incertezas dessas técnicas,
A Technology Networks perguntou a Church o que ele pensava sobre a atenção negativa que o projeto de extinção de Colossal recebeu. Ele argumentou que algumas críticas aos esforços de Colossal estão “desatualizados” e “não estão em contato com o que o projeto está realmente fazendo”.
“A pergunta mais comum que encontramos é: Bem, você não está se esquecendo das espécies ameaçadas de extinção? Para a qual a resposta é não, o projeto está focando especificamente no elefante asiático. É uma oportunidade de dar a eles uma chance. A pergunta costuma ser um erro inocente, mas não é preciso pesquisar muito para descobrir que as espécies ameaçadas de extinção são uma prioridade para nós “, explicou.
Church expandiu os dois principais motivos pelos quais o elefante asiático está em perigo: 1) interação com o vírus do herpes – que seu laboratório vem pesquisando há vários anos, e 2) interação com humanos. Infelizmente, os elefantes asiáticos são o alvo dos caçadores furtivos que matam os mamíferos para extrair suas valiosas presas. A exposição a caçadores furtivos, disse Church, é o resultado de elefantes asiáticos que vivem perto de centros populacionais humanos em toda a Ásia. “Achamos que podemos resolver a alta densidade populacional movendo-os para um ‘reduto ancestral’ onde seus parentes distantes costumavam ficar e onde potencialmente não há habitantes humanos”, disse ele. A Colossal também está considerando a engenharia genética do híbrido mamute-elefante para ter presas menores. “Muitos elefantes na natureza não têm presas,
Embora muitos aspectos do projeto estejam sob o controle da Colossal, a influência que a mãe natureza poderia ter no bem-estar dos híbridos não pode ser totalmente determinada. Alguns argumentam que o ambiente e o clima ideais para o mamute lanoso não existem mais. A resposta de Church a tal crítica se concentra na adaptabilidade dos elefantes asiáticos, que ele prevê que provavelmente criarão a primeira geração de bezerros. “Os elefantes asiáticos se adaptam a uma ampla gama de temperaturas – eles podem sobreviver em verões asiáticos muito quentes e úmidos e também em ambientes frios com neve”, disse ele.
Soluções maiores são necessárias para as crises climáticas
Apesar do “hype” que se mexeu desde que a Colossal anunciou inicialmente sua rodada de investimentos de US $ 15 milhões, Church é humilde em sua discussão sobre o projeto do mamute peludo durante a entrevista. Quando questionado sobre o que isso significa para ele no contexto de sua carreira, ele disse: “Não quero exagerar ou subestimar”, acrescentando que “embora seja maravilhoso receber o investimento e a garantia de uma ampla gama de investidores, o financiamento está, em última análise, levando o projeto à escala [em termos financeiros] com nossos outros projetos. ”
O renascimento do mamute lanoso por Colossal não é o único trabalho que a Igreja está buscando no sequestro de carbono, mas é indiscutivelmente o mais ambicioso. Em sua opinião, a atual crise que nosso planeta se depara com apelos para intervenções gigantescas. “A maioria das [outras] sugestões que ouço parecem muito fracas”, disse ele. “Esta [extinção] pode não funcionar. Outras opções podem funcionar, mas na verdade não têm nenhum impacto [nas mudanças climáticas]. Por exemplo, você poderia desligar suas luzes LED ou toda a raça humana poderia parar de queimar carbono completamente. Este último economizaria 10 gigatoneladas [de carbono] por ano, mas já temos mais de cem gigatoneladas de emissão. ”
É especulativo se as abordagens de extinção poderiam ser realisticamente ampliadas na medida em que Colossal alcance seus objetivos finais para o projeto e o planeta. Mesmo assim, Church argumentou que preferia tentar do que nunca saber: “Se você tem uma ideia melhor, sou todo ouvidos. Sou totalmente a favor de desligar as luzes, mas também precisamos de algumas soluções maiores”, concluiu.
