https://frosthead.com

San Diego's Frozen Zoo byr på håp for truede arter over hele verden

Den siste mannlige nordlige hvite neshornen - han het Sudan - døde i mars, og etterlot bare to medlemmer av underarten: hans datter og barnebarn.

I det siste ville de skarpe fakta ha stavet slutten. Men forskere ved San Diego Zoo's Institute for Conservation Research - hjem til en frostig menagerie kjent som Frozen Zoo - jobber for å gi nordlige hvite neshorn en ny sjanse. Siden 1975 har instituttet samlet inn vev fra skapninger, noen truet og noen ikke, for deretter å dyrke cellene i laboratoriet og bevare dem på et kjølig 321 minusgrader Fahrenheit.

Dyrehager bruker allerede reproduksjonsteknologi som in vitro-befruktning for dyr som gorillaer og kunstig befruktning for pandaer. (Andre steder vurderer forskere fordelene med å gjenoppstå utdødde arter som den ullmammaen og passasjerden, selv om de måtte bruke gammelt DNA til det.) Frozen Zoo har brukt den bevarte sædcellen til å lage fasanunger, for eksempel, og har gått så langt som å lage embryoer av geparder og gjødsle eggene fra sørlige hvite neshorn.

Nå håper dyrepasserne at deres dusin nordlige hvite neshornprøver blir foreldre til en ny generasjon på en annen måte: ved bruk av stamcelleteknologi for å gjøre det bevarte hvite neshornhudvevet til egg og sæd.

Instituttets forskning går utover baby-making. Forskere der jobber med metoder for genetisk identifisering av kjøtt fra primater og duiker-antiloper som er blitt jaget ulovlig. Og i fremtiden kan de bruke samlingen for å gjenopprette genetisk mangfold til truede svartfotfyrete.

Å utvide en slik innsats vil ta et globalt nettverk av frosne dyreparker, skriver Oliver Ryder, instituttets direktør for bevaringsgenetikk, og medforfatter Manabu Onuma i den årlige gjennomgangen av dyre biovitenskap .

Ryder, som har vært på instituttet siden det startet, snakket med Knowable om fortiden, nåtiden og fremtiden til Frozen Zoo. Denne samtalen er redigert for lengde og klarhet.

Hvordan begynte Frozen Zoo?

Vi liker å si at Frozen Zoo startet da Dr. Kurt Benirschke kom til San Diego Zoo i 1975. Dr. Benirschke, som døde i 2018, var interessert i fruktbarhet og kromosomer. Teknologien for å fryse celler og tine dem med gjenopprettet funksjon var fremdeles ganske ny - den ble først gjort med sæd i 1949 - men den åpnet for alle mulige muligheter. Å ha cellekulturer til å fryse, gjenopplive og dyrke flere celler fra, å se på kromosomer, var et virkelig betydelig fremskritt. Andre forskere gjorde dette, men mest innen humanmedisinsk forskning.

Dr. Benirschke var spesielt interessert i å beskrive kromosomene til forskjellige arter. Vi benyttet enhver anledning som kom opp for å samle en ny art. Det var en tillit til at celler som ble banket vil finne bruksområder langt utover det som kunne tenkes på den tiden.

I Frozen Zoo er hetteglass som disse “dyrehyllene.” Hver inneholder sædceller, eller celler som er dyrket fra litt dyrehud eller annet vev. De er lagret i flytende nitrogen ved -321 grader Fahrenheit og tint når forskere vil bruke dem. I Frozen Zoo er hetteglass som disse “dyrehyllene.” Hver inneholder sædceller, eller celler som er dyrket fra litt dyrehud eller annet vev. De er lagret i flytende nitrogen ved -321 grader Fahrenheit og tint når forskere vil bruke dem. (San Diego Zoo Global)

Du ble også med i Frozen Zoo, den gang kalt Center for Reproduksjon av truede arter, i 1975. Husker du det første dyret du noen gang har bevart celler fra?

Det var en kinesisk muntjac, et bjeffende rådyr. Det var en som hadde et brudd og ble reparert av ortopediske kirurger. De måtte fange den og bedøve den for å bytte rollebesetning, så jeg kunne komme og gjøre en hudbiopsi.

Den bjeffende hjorten er interessant. Det er både kinesiske og indiske muntjacer, og den gjennomsnittlige personen vil bli utfordret til å identifisere mye forskjell mellom de to. Likevel, mens den kinesiske muntjac har 46 kromosomer, har den indiske muntjac det laveste kjente kromosomtallet hos pattedyr: seks hos kvinner, syv hos menn.

De av oss som er interessert i evolusjon, i hvordan kromosomer utviklet seg og hvordan arter dannes, ble utfordret av denne "skandalen", som den ble kalt. Vi vet nå at kromosomene smeltet sammen i forfaren til den indiske muntjacen. Hva som utløste den fusjonen er ikke kjent, men det må ha funnet sted. En hybrid mellom de to ble laget i Kina; den hadde tre store kromosomer og 23 små. Den levde, men den kunne ikke reprodusere seg.

En annen gang, i 1980, husker jeg at patologen sa til meg, “Vi har et veldig interessant og sjeldent dyr i nekropsirommet. Du burde få en prøve. ”Og det var en nordlig hvit neshorn. Denne prøven ga materialet, år senere, til å gjøre den første genetikkundersøkelsen som sammenliknet nordlige og sørlige hvite neshorn.

Nå går du raskt frem til i dag, og vi har et ambisiøst genetisk redningsprosjekt for å forhindre utryddelse av de nordlige hvite neshornene, og det avhenger av de 12 nordlige hvite neshornkulturene som vi har banket opp gjennom årene.

Hvordan kan du bruke disse cellene til å redde den nordlige hvite neshornen?

Fra de bankede hudprøvene har vi frosne celler som kalles fibroblaster. Vi tiner de kulturene, og gjør dem om til det som kalles induserte pluripotente stamceller. Disse kan, teoretisk sett, bli til nesten alle slags celler i kroppen: De kan lage hjerteceller, de kan lage nerveceller.

Det endelige målet vårt er å gjøre stamcellene om til egg og sæd, slik at vi kan lage embryoer. Med andre ord, disse fibroblastene vil kunne få babyer.

Dette er gjort i labmus, men ingen andre arter ennå. Så langt har vi fått induserte pluripotente stamceller fra nordlige hvite neshorn. Nå avgrenser vi metoder for å bekrefte at de er pluripotente. Det er et annet lag som jobber med en flokk kvinnelige hvite neshorn som vi planlegger å bruke som surrogater. Vi er minst et tiår unna en hvit neshorn fra babyen, men vi gjør fremskritt.

Hvis du ville spurt meg i 1985, kan du ta en celle fra Frozen Zoo og gjøre den om til et dyr, ville jeg sagt nei. Nå planlegger vi å gjøre det på laboratoriet her.

Neshornegg Ferske oocytter (egg) samlet fra en sørlig hvit neshorn. For å hjelpe til med å bringe den nordlige hvite neshornet tilbake fra randen av utryddelse, håper Frozen Zoo forskere å gjøre bevarte nordlige hvite neshornhudceller til egg og sæd og implantatembryoer til en sørlig hvit neshornmamma. (TB Hildebrandt et al. / Nature Communications 2018)

Hva annet gjør du med prøver fra Frozen Zoo?

Vi er en utmerket kilde for genomprosjekter. Vi har bidratt med prøver til noe som 140 sekvenseringsprosjekter for hele genomet.

Vi samarbeider med Broad Institute i Cambridge, Massachusetts, om 200 pattedyrprosjektet, som vil sammenligne humant DNA med 199 andre pattedyr. Det vil hjelpe forskerne å forstå hvilket kjernesett som er så viktig at de har blitt bevart i oss og andre dyr. Og jeg er involvert i Vertebrate Genomes Project for å sekvensere alle 66 000 levende virveldyrarter. Disse genomene avslører mange interessante ting om en dyrepopulasjons historie, dens migrasjonsmønstre og om den er hybridisert med andre arter. Denne typen genetiske analyser vil åpne et forbløffende nytt vindu på hvordan livet fungerer.

I vurderingen din diskuterte du opprettelsen av en global biobank for dyreliv. Hvorfor er det viktig?

Selv om San Diego Zoo har sin frosne dyrehage, med mer enn 1000 arter, er det en liten brøkdel av verdens biologiske mangfold. Det er rundt 26 500 truede arter som har blitt navngitt - og mer som ikke er satt på listen.

Neste år blir det mindre biologisk mangfold enn det er nå. Så vi burde være banker mens vi kan. Det må gjøres i forskjellige land slik at de får banket sine egne genetiske ressurser.

Du sa at da du ankom Frozen Zoo for 44 år siden, kunne du ikke ha forestilt deg å dyrke hele dyr fra celler. Hvilket prosjekt vil du elske å se Frozen Zoo påta seg de neste 44 årene?

Når artsbestanden krymper, mister de også verdifulle versjoner av gener som bare var til stede i visse dyr. Genpuljen blir en genpytt. Jeg ser for meg at vi i fremtiden kunne bruke genetisk variasjon ved å bruke banket materiale.

Hvordan vil du gjøre det?

Vi må gjøre celler om til dyr. For eksempel kan du ta et hunndyr som bor i naturen og overføre et embryo med noen nyttige gener inn i henne.

Noen vil kanskje si at å bringe tilbake tapte gener, eller nesten utdødde arter, spiller Gud.

Men mennesker har gjort det i lang tid: Vi har forårsaket artsutryddelse. Vi har uopprettelig endret leveområdene deres. Vi har endret deres oppførsel. Vi har blandet dem. Vi har endret miljøene deres, rovdyrene deres, sykdommene deres. Alle disse tingene har vi allerede gjort.

Å bruke bankede prøver for å fremme mangfold vil gi oss en sjanse til å endre den naturlige verden på en positiv måte.

knowable Knowable Magazine er en uavhengig journalistisk innsats fra årlige anmeldelser.
San Diego's Frozen Zoo byr på håp for truede arter over hele verden