Vége a kihalásnak? Elképesztő dologra képes ez a laborban tervezett tojás!

A természet látszólag legegyszerűbb alkotásai mögött gyakran a legbámulatosabb mérnöki csodák rejtőznek. Gondoljunk csak a madártojásra: leg...

A természet látszólag legegyszerűbb alkotásai mögött gyakran a legbámulatosabb mérnöki csodák rejtőznek. Gondoljunk csak a madártojásra: legyen az a rigó tojásának ragyogó kékje vagy a királyka pettyes mintázata, a törékeny héj valójában az evolúció mesterműve.

Elég erős ahhoz, hogy elbírja a kotló anyamadár súlyát, de kellően könnyű és vékony ahhoz, hogy a kikelő fióka belülről át tudja törni. Átengedi az életadó oxigént a fejlődő embrió számára, miközben bent tartja a nélkülözhetetlen nedvességet, és áthatolhatatlan bástyaként állja útját a külvilág veszélyes kórokozóinak.

Nem csoda, hogy az evolúcióbiológusok és a fejlődésbiológusok évtizedek óta próbálják laboratóriumi körülmények között lemásolni ezt a tökéletes rendszert, vagy éppen teljesen tojáshéj nélkül felnevelni madarakat. A korábbi kísérletek azonban mind komoly akadályokba ütköztek. Egészen mostanáig.

Egy biotechnológiai magánvállalat, a Colossal Biosciences ugyanis bejelentette, hogy sikerült kifejlesztenie egy olyan funkcionális, mesterséges tojáshéj-rendszert, amely alapjaiban változtathatja meg a tudományt. Ráadásul a cég nem kevesebbet állít, mint hogy ez a technológia az első, kulcsfontosságú lépés olyan rég kihalt fajok feltámasztása felé, mint a Mauritius-szigeti dodo vagy az egykor Új-Zélandon élt óriás moa.

26 egészséges csirke születése

A texasi székhelyű, kifejezetten a kihalt fajokra specializálódott vállalat nemrégiben szenzációs hírt közölt: a saját fejlesztésű, úgynevezett "Colossal mesterséges tojás" rendszer segítségével 26 egészséges házityúk-fiókát keltettek ki. Ben Lamm, a cég vezérigazgatója és társalapítója hangsúlyozta, hogy a projekt célja messze túlmutat a puszta utánzáson. Nem egyszerűen le akarták másolni a természetes tojást, hanem újra akarták tervezni azt a saját, speciális tudományos céljaiknak megfelelően. A technológia igazi jelentősége ugyanis abban rejlik, hogy mérete tetszőlegesen skálázható, így a jövőben akár a hatalmas méretű, kihalt madarak növekvő embrióit is képes lehet befogadni és táplálni.

A Colossal Biosciences neve nem ismeretlen a nagyközönség számára. A több mint 600 millió dollárnyi befektetést vonzó, és mára 10 milliárd dollár feletti értékűre becsült vállalat korábban is bekerült a hírekbe, amikor bejelentették három olyan fehér kölyökkutya születését, akiket genetikailag úgy módosítottak, hogy a jégkorszaki óriásfarkasokra hasonlítsanak. A cég jelenleg a tasmán tigris feltámasztásán is dolgozik, ám a madarak világa teljesen új típusú kihívás elé állította a kutatóikat.

Bár a bejelentést egyelőre nem kísérte szakmailag lektorált tudományos publikáció vagy nyilvánosan hozzáférhető adatbázis – ami miatt a független kutatók érthető módon óvatosak –, a szakma elismeri az eredmények jelentőségét. Vincent Lynch, a Buffalo Egyetem evolúcióbiológusa szerint, ha a vállalat állításai igazak, az lenyűgöző biotechnológiai teljesítmény. Ugyanakkor emlékeztetett arra is, hogy a tojás védőmembránjának újratervezése csupán egyetlen, jóllehet rendkívül menő része a teljes egésznek, és a tojás többi összetevőjének laboratóriumi előállítását még nem oldották meg.

A szilikonmembrán titka és az oxigéncsapda

A madarak klónozása vagy genetikai úton történő feltámasztása sokkal bonyolultabb feladat, mint az emlősöké. Ahhoz, hogy megértsük, miért volt szükség a mesterséges tojásra, érdemes visszatekinteni a múltba. A tudósok már 1988-ban, a skóciai Roslin Intézetben sikerrel keltettek ki csirkéket úgy, hogy a tenyésztett embriókat más tyúkoktól származó, "bér-tojáshéjakba" helyezték át. Később műanyag poharakkal, folpack fóliákkal és egyéb mesterséges edényekkel is próbálkoztak, de a kelési arány rendkívül alacsony maradt.

A legnagyobb problémát a gázcsere jelentette. A korábbi, héj nélküli rendszerekben a fejlődés késői szakaszában nagy mennyiségű, koncentrált oxigénpótlásra volt szükség, ez a tiszta oxigén viszont komoly kockázatot jelentett, mivel gyakran károsította a fejlődő embrió törékeny DNS-ét.

A Colossal kutatói egy teljesen új megközelítéssel hidalták át ezt a problémát. Egy speciális, szilikon alapú, féligáteresztő membránt hoztak létre, amelyet egy merev, hatszögletű tartóedénybe helyeztek. Andrew Pask, a vállalat biológiai igazgatója szerint ez a rendkívül vékony és specializált membrán pontosan úgy működik, mint az igazi tojáshéj: tökéletes gázcserét biztosít, vagyis a környezeti levegőből természetes módon engedi át az oxigént, miközben hatékonyan gátolja a belső nedvesség elpárolgását.

A mesterséges tojás dizájnjának van még egy hatalmas előnye: a tetején elhelyezett átlátszó ablak. Ezen keresztül a kutatók közvetlenül, a héj megbontása nélkül, valós időben figyelhetik meg az embrió fejlődését, a vérerek kialakulását és a belső szervek formálódását. Mivel a rendszer mérete rugalmasan változtatható, elméletben a kolibri apró tojásától kezdve egészen a déli-szigeti óriás moa futballlabda méretű tojásáig bármekkora méretben elkészíthető. Erre a skálázhatóságra szükség is lesz, hiszen a közel négyméteres magasságot is elérő óriás moa fiókája gyorsan kinőné bármely ma élő madár tojását.

A valódi akadály: a madarak genetikai labirintusa

Bár a mesterséges héj áttörést jelent, a kihalt madarak tényleges feltámasztásáig még nagyon rögös út vezet. A cég által közzétett videókon látható, amint a kutatók a tyúkok által frissen tojt, alig 24-48 órás tojásokat törik fel, majd azok tartalmát óvatosan átöntik a mesterséges szilikon edényekbe. Ez azonban azt jelenti, hogy a folyamat legelső és legfontosabb lépéseihez – a megtermékenyítéshez és a tojás kezdeti fejlődéséhez – még mindig egy valódi, élő tyúkra volt szükség.

Hans Cheng, a Michigan Állami Egyetem nyugalmazott molekuláris genetikusa rámutatott a lényegre: mire a tyúk megtojja a tojást, az embrió már körülbelül 50 000 sejtből áll. Ennyi sejtet egyszerre genetikailag módosítani képtelenség. A génszerkesztést a fejlődés legkorábbi szakaszában, az egy- vagy kétsejtes állapotban kellene elvégezni.

Az emlősöknél ez viszonylag egyszerű: a petesejtet laboratóriumban, lombikprogram keretében termékenyítik meg és módosítják, majd beültetik egy béranya rögzített, stabil méhébe. Christopher Preston, a Montanai Egyetem vadvédelmi szakértője hangsúlyozza, hogy a madaraknál ez a módszer alkalmazhatatlan. A madár szervezetében a petesejt, a tápláló sárgája és a védelmet nyújtó héj egyszerre, a folyamatos mozgásban lévő embrióval együtt alakul ki az anyaállat belső petevezetékében.

Ahhoz, hogy egyáltalán genetikailag módosított madarat hozzanak létre, a kutatóknak úgynevezett primordiális csírasejteket kell izolálniuk, laboratóriumban szaporítaniuk és szerkeszteniük, majd ezeket vissza kell fecskendezniük egy fejlődő madárembrióba. Ha minden jól megy, a kikelt madár ivarszervei már a módosított sejteket fogják hordozni, és a felnőtt egyedek párosodásából születhet meg végül a kívánt tulajdonságokkal rendelkező utód. Ez a folyamat rendkívül munkaigényes, a sikerarány pedig elenyészően alacsony. Ráadásul kihalt fajokból származó, sérült vagy töredékes DNS-sel ezt még soha senki nem próbálta meg.

A Colossal tavaly ősszel tette meg az első lépést ezen az úton, amikor sikerült laboratóriumi kultúrában tenyésztenie a szirti galamb csírasejtjeit. Ez a faj genetikai szempontból közel áll a sörényes galambhoz, amelyet a dodo feltámasztásához béranyaként szeretnének használni. Az óriás moa esetében az emu vagy a tinamufélék jöhetnek szóba nevelőszülőként, ahol a mesterséges tojásrendszer mentőövként szolgálna, amikor az embrió már túl naggyá válik a béranya tojásához képest.

A jelen haszna és a jövő dilemmái

Vajon mire használható ez a futurisztikus technológia addig is, amíg a dodo újra fel nem bukkan a Földön? A hús- és tojásipari nagyvállalatok valószínűleg nem fognak kapkodni utána, hiszen a házityúkok hagyományos úton is képesek évente akár 300 tojást tojni fillérekért. Az evolúcióbiológusok és az alapkutatást végző tudósok számára viszont igazi kincsesbánya lehet az átlátszó ablakú mesterséges tojás, amelyen keresztül eddig soha nem látott részletességgel tanulmányozhatják az élet kezdeti szakaszait.

A vállalat távlati céljai között szerepel az is, hogy a technológiát a veszélyeztetett, ma élő madárfajok megmentésére használják fel. Elméletben lehetővé válhatna, hogy a kritikusan veszélyeztetett fajokat génszerkesztéssel ellenállóbbá tegyék a klímaváltozással vagy a pusztító betegségekkel szemben.

Azonban a természetvédők egy része szkeptikus. Stuart Pimm, a Duke Egyetem ökológusa arra figyelmeztet, hogy a high-tech laboratóriumi bravúrok nem oldják meg a madárvilágot fenyegető valódi és azonnali problémákat. Véleménye szerint évente madarak millióit menthetnénk meg pusztán azzal, ha a vadon élő állatok természetes élőhelyeinek pusztulását megállítanánk, csökkentenénk a felhőkarcolók üvegablakaival való ütközések számát, vagy kordában tartanánk a kóbor macskák populációit.

A mesterséges tojás mindenesetre egy lenyűgöző és vitathatatlan mérföldkő. Hogy végül a dodo visszatérését hozza el, vagy a ma élő madaraink védelmét szolgálja majd, azt a jövő dönti el, de a természet egyik legősibb védelmi rendszerét sikerült megnyitni a tudomány előtt. (1)

(1) - https://www.nationalgeographic.com/science/