Виявили нову головну загрозу клімату нашої планети. Це не мільярдери, які прилетіли на конференцію по зміні клімату на власних літаках, викинувши за один рейс стільки ж кліматичних шкідників, як і 2 млн звичайних домогосподарств. Це звичайні корови, які руйнують клімат своїм пуканням. Тому в Каліфорнії вивели нову біомодифіковану корову.
Суші, чотиритижневе голштинське теля, лежало в загоні під дзижчання металевого вентилятора, коли група професорів і аспірантів прибула, щоб взяти зразок вмісту його шлунка. Цей самець теляти привітав дослідників, дружньо покусавши їхній одяг, а потім ліниво плюхнувся на ложе з рисового лушпиння.
Але навіть коли теля дрімало, глибоко в його чотирикамерному шлунку наполегливо працювали крихітні організми. Грибки, бактерії та інші крихітні істоти розщеплювали корм на енергію та хімікати, запускаючи стародавній процес, який сьогодні нагріває Землю.
Корови виділяють метан, який є одним з парникових газів. Вчені шукають спосіб змінити кишечник Суші, щоб він більше не виділяв метан, який потрапляє в атмосферу коли корова пукає та призводить до нагрівання нашої планети.
Теля належить до першої хвилі багаторічного експерименту вартістю приблизно 30 мільйонів доларів США, проведеного вченими з Каліфорнійського університету в Девісі та Інституту інноваційної геноміки щодо зміни внутрішньої роботи коров’ячого шлунку.
Велика рогата худоба, одна з найбільш споживаних тварин на планеті, виробляє величезну кількість метану, який відповідає за 30 відсотків глобального потепління.
Використовуючи інструменти, які відрізають і переносять ДНК, дослідники планують створити генною інженерією мікроби в шлунку корови, щоб усунути ці викиди. Якщо їм це вдасться, вони можуть знищити найбільше в світі створене людиною джерело метану та допомогти змінити траєкторію планетарного потепління.
«Це абсолютно нестандартно», — сказав Ерміас Кебреаб, професор зоотехніки в UC-Davis. «Ніхто раніше цього не робив».
У світі налічується приблизно 1,5 мільярда голів великої рогатої худоби. Їхня травна система не що інше, як дивовижна — вони можуть виживати на траві, кукурудзі та люцерні, а також на побічних продуктах людського врожаю: лушпинні мигдалю, кукурудзяному лушпинні та навіть тирсі. Корови мають допомогу. Багатий мікробіом у найбільшій камері їхнього шлунка, відомому як рубець, розкладає ці харчові продукти та перетворює їх на корисну енергію.
«Це неймовірно», — сказав Спенсер Даймонд, керівник відділу моделювання мікробіомів в Інституті геноміки. «Це чудово працює і ніколи не підводить».
Але рубець має і темну сторону. Пориста, м’ясиста камера містить одноклітинні організми, які називаються археями, які генерують водень і вуглекислий газ, утворюючи метан. Не в змозі переробити газ, корови його відригують. Середня корова виробляє приблизно 100 кг метану на рік, або приблизно половину викидів середнього автомобіля.
За даними Продовольчої та сільськогосподарської організації, корови в даний час є причиною приблизно 4 відсотків глобального потепління. Звісно, в подібних статистистичних зведеннях рідко згадують, що 1% мільярдерів викидає стільки ж кліматичних шкідників, як 66% населення, спричинивши 16% глобальних викидів вуглекислого газу – іншого ключового парникового газу. Мільярдери не бачать в цьому проблеми, наприклад, Білл Гейтс казав, що його польоти на приватних літаках не є проблемою.
Тим часом, звичайним людям пропонується менше їсти, щоб вберегти клімат. Екологи закликають споживачів скоротити споживання яловичини та віддати перевагу курятині та рибі. Але оскільки країни стають багатшими, виробництво яловичини продовжує зростати — за останні 15 років на 13 відсотків у всьому світі. Такі компанії, як Impossible Foods і Beyond Meat пропонують їсти рослину сировину, яка виглядає, пахне і смакує як тваринне м’ясо.
Іншим способом зменшити шкідливість коров’ячого пукання може бути додавання морських водоростей, орегано або часнику до раціону корів. Це може скоротити викиди метану іноді до 80 відсотків. Але лише приблизно 1 з 10 великої рогатої худоби в Сполучених Штатах — переважно ті, що дають молоко — щодня годуються людьми. Співвідношення аналогічне в усьому світі. Решта, в основному м’ясна худоба, вигулюється на волі, харчуючись травою та кормом. Змусити більше 1 мільярда тварин, які вільно пасуться, їсти морські водорості чи часник, практично неможливо.
Тому вчені пропонують своєрідну пробіотичну таблетку, яку дадуть корові при народженні, яка може назавжди змінити її мікробіом. Використовуючи інструменти редагування генів, дослідники вже вивели велику рогату худобу без рогів або зі спеціальною гладкою шерстю, яка допомагає їй охолоджуватися під час підвищення температури. Поточний проект спрямований не лише на окремий вид корів — він націлений на сам мікробіом, пропонуючи рішення, яке можна застосувати до всіх них.
Бред Рінгайзен, виконавчий директор Інституту геноміки, запустив біотехнологію в оборонному дослідницькому агентстві США DARPA, яка допомогла піонером трансформаційних інновацій, включаючи Інтернет, мініатюрний GPS, літаки-невидимки та комп’ютерну мишу.
«Я приймаю менталітет DARPA», — сказав він. «Давайте розв’яжемо це для всіх корів, а не лише для частини корів».
Протягом останніх чотирьох тижнів його життя Суші годували декількома грамами олії, дистильованої з червоних морських водоростей, що є одним із найбільш випробуваних і вірних методів зменшення вироблення метану в шлунках корів.
Тепер вчені намагаються зрозуміти, як саме ця олія змінила кишечник Суші. Потім вони планують відтворити ці зміни за допомогою редагування генів.
Незважаючи на те, наскільки людство покладається на корів — у світі виробляють близько 76 мільйонів тонн яловичини і 930 мільйонів тонн молока на рік — внутрішня робота найбільшої камери шлунка корови все ще залишається загадкою. Протягом мільйонів років мікробіом корови розвивався, щоб допомогти тварині перетворювати корм на енергію. Це хаотичний суп із крихітних організмів, які борються за обмежені ресурси, невидимі неозброєним оком.
«Мікробний світ — це жорстока пустка Божевільного Макса», — сказав Даймонд, один із дослідників генетики. «Мікроби просто вбивають один одного».
Це буде непросто змінити. Система складна, і вченим рідко вдається успішно трансформувати мікробіоми жуйних тварин, таких як корови, вівці та кози.
Коли корови їдять, вони пережовують корм, змішуючи його зі слиною, потім ковтають. Корова може виробляти колосальні 150 літрів слини на день, залежно від її раціону. Частина цієї їжі розщеплюється далі під час «жування жуйки» або пережовування — під час якого корова відригує частину свого корму, гризе його. далі, потім знову ковтає.
Але вчені зазначають, що це не повинно бути саме так. Немає нічого притаманного худобі, що вимагало б від неї виділення газів, що нагрівають планету — це лише накопичення водню та мікроби, які еволюціонували, щоб споживати цей летючий газ.
«Немає причин, щоб корова виробляла метан», — сказав Рінгайзен.
Відколи Дженніфер Дудна та французький учений Еммануель Шарпантьє відкрили CRISPR-Cas9 у 2012 році, цю технологію або її варіанти використовували для створення кроликів, що світяться в темряві, кавових зерен без кофеїну та навіть ембріонів двох дівчаток-близнюків, які нібито вирощують. вони мають імунітет до ВІЛ. (Китайський дослідник, відповідальний за останній експеримент, був ув’язнений за незаконне використання CRISPR на людях.)
Сьогодні вчені інституту намагаються використовувати інструменти редагування генів для вирішення суспільних проблем. Багато було зроблено про те, як CRISPR може допомогти вирішити проблеми зі здоров’ям людини, такі як серповидно-клітинна анемія, рак або ВІЛ. Але деякі вчені тут вважають, що найпотужнішим застосуванням інструменту може бути метан. Метан, потужний парниковий газ, залишається в атмосфері від семи до 12 років, тоді як вуглекислий газ може зберігатися протягом сотень років. Обмеження цих викидів, які походять від тваринництва, нафти та газу, а також змін у землекористуванні, також може різко сповільнити темпи потепління.
«Я особисто вважаю, що це те, що може зробити найбільший вплив у світі», — сказав Рінгайзен. «Скажімо, ви можете змахнути чарівною паличкою і усунути всі ці викиди».
Залишається багато питань щодо підходу. «Це святий Грааль, якщо можна маніпулювати мікробіомом рубця», — сказав Олександр Христов, професор молочного харчування в Університеті штату Пенсільванія, який не бере участі в проекті. «Але ми повинні пам’ятати, що цей мікробіом розвивався протягом мільйонів років — його дуже, дуже важко змінювати або модифікувати на постійній основі», — сказав він.
Джеймс Марш, професор інженерії мікробіомів в Інституті біології Макса Планка в Німеччині, каже, що вчені все ще перебувають на ранніх стадіях застосування генної інженерії до всього мікробіому. «Нам потрібно мати можливість застосувати це до всіх організмів, щоб ми дійсно могли реалізувати перспективи мікробної інженерії», — сказав він.
Незважаючи на те, що вчені розуміють основні контури рубця корови, вони все ще складають карту всіх видів, що працюють — свого роду мікробний опис кожної бактерії, грибка та археї. Це важливо як для того, щоб зрозуміти, які види виробляють метан, так і для того, як налаштувати процес.
«Ти ніби на сафарі», — сказав Даймонд.
Він описує це як складання 100 пазлів одночасно. Процес екстракції розбиває ДНК кожного мікроорганізму на сотні крихітних шматочків; за допомогою комп’ютера та машинного навчання дослідники повторно збирають кожен із цих геномів.
Звідти вони можуть побачити, як змінився мікробіом під час обробки морськими водоростями — і як це імітувати.
Такий пробіотик може також підвищити продуктивність ферми. Велика рогата худоба може втратити до 12 відсотків своєї енергії через відрижку метану; інші жуйні, такі як вівці та кози, також втрачають енергію таким чином. «Якщо є спосіб перенаправити цей водень і перетворити його на молоко, м’ясо, вовну — фермери його сприймуть набагато краще», — сказав Ерміас Кебреаб, професор зоотехнік в UC-Davis.
Попереду ще довгий шлях. У той час як вчені довели, що вони можуть редагувати гени мікробів, дослідники наразі показали, що вони можуть редагувати лише невелику частину мікробів у коров’ячому кишечнику.
За матеріалами: Washington Post
