Выявили новую главную угрозу климата нашей планеты. Это не миллиардеры, прилетевшие на конференцию по изменению климата на собственных самолетах, выбросив за один рейс столько же климатических вредителей, как и 2 млн обычных домохозяйств. Это обычные коровы, разрушающие климат своим пуканием. Поэтому в Калифорнии была выведена новая биомодифицированная корова.
Суши, четырехнедельный голштинский теленок, лежал в отряде под жужжание металлического вентилятора, когда группа профессоров и аспирантов прибыла, чтобы взять образец содержимого его желудка. Этот самец теленка поздравил исследователей, дружески покусав их одежду, а затем лениво плюхнулся на ложе из рисовой шелухи.
Но даже когда теленок дремал, глубоко в его четырехкамерном желудке упорно трудились крохотные организмы. Грибки, бактерии и другие крошечные существа расщепляли корм на энергию и химикаты, запуская древний процесс, сегодня нагревающий Землю.
Коровы выделяют метан, являющийся одним из парниковых газов. Ученые ищут способ изменить кишечник Суши, чтобы он больше не выделял метан, который попадает в атмосферу, когда корова пукает и приводит к нагреванию нашей планеты.
Теля относится к первой волне многолетнего эксперимента стоимостью около 30 миллионов долларов США, проведенного учеными из Калифорнийского университета в Дэвисе и Института инновационной геномики по изменению внутренней работы коровьего желудка.
Крупный рогатый скот, один из самых потребляемых животных на планете, производит огромное количество метана, который отвечает за 30 процентов глобального потепления.
Используя инструменты, отрезающие и переносящие ДНК, исследователи планируют создать генной инженерией микробы в желудке коровы, чтобы устранить эти выбросы. Если им это удастся, они могут уничтожить крупнейший в мире источник метана и помочь изменить траекторию планетарного потепления.
«Это абсолютно нестандартно», — сказал Эрмиас Кебреаб, профессор зоотехники в UC-Davis. «Никто раньше этого не делал».
В мире насчитывается примерно 1,5 миллиарда голов крупного рогатого скота. Их пищеварительная система не что иное, как удивительная — они могут выживать на траве, кукурузе и люцерне, а также на побочных продуктах человеческого урожая: шелухе миндаля, кукурузной шелухе и даже опилках. У коров есть помощь. Богатый микробиом в самой большой камере их желудка, известном как рубец, разлагает эти пищевые продукты и превращает их в полезную энергию.
«Это невероятно», — сказал Спенсер Даймонд, руководитель отдела моделирования микробиомов в Институте геномики. «Это отлично работает и никогда не подводит».
Но у рубца есть и темная сторона. Пористая, мясистая камера содержит одноклеточные организмы, называемые археями, генерирующими водород и углекислый газ, образуя метан. Не в состоянии переработать газ, коровы его отрыгивают. Средняя корова производит примерно 100 кг метана в год или примерно половину выбросов среднего автомобиля.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации, коровы в настоящее время являются причиной примерно 4 процентов глобального потепления. Конечно, в подобных статистистических сводках редко упоминают, что 1% миллиардеров выбрасывает столько же климатических вредителей, как 66% населения, вызвав 16% глобальных выбросов углекислого газа – другого ключевого парникового газа. Миллиардеры не видят в этом проблемы, например, Билл Гейтс говорил, что его полеты на частных самолетах не являются проблемой.
Между тем, обычным людям предлагается меньше есть, чтобы уберечь климат. Экологи призывают потребителей сократить потребление говядины и предпочесть курятину и рыбу. Но поскольку страны становятся богаче, производство говядины продолжает расти – за последние 15 лет на 13 процентов во всем мире. Такие компании, как Impossible Foods и Beyond Meat предлагают есть растение сырье, которое выглядит, пахнет и смакует как животное мясо.
Другим способом уменьшить вредность коровьего пукания может быть добавление морских водорослей, орегано или чеснока в рацион коров. Это может сократить выбросы метана иногда до 80 процентов. Но лишь примерно 1 из 10 крупного рогатого скота в Соединенных Штатах — преимущественно дающие молоко — ежедневно кормятся людьми. Соотношение аналогично во всем мире. Остальные, в основном мясной скот, выгуливаются на свободе, питаясь травой и кормом. Заставить более 1 миллиарда свободно пасутся животных, есть морские водоросли или чеснок, практически невозможно.
Поэтому ученые предлагают своеобразную пробиотическую таблетку, которую дадут корове при рождении, которая может изменить ее микробиом. Используя инструменты редактирования генов, исследователи уже вывели крупный рогатый скот без рогов или со специальной гладкой шерстью, которая помогает ему охлаждаться при повышении температуры. Текущий проект направлен не только на отдельный вид коров — он нацелен на микробиом, предлагая решение, которое можно применить ко всем ним.
Брэд Рингайзен, исполнительный директор Института геномики, запустил биотехнологию в оборонном исследовательском агентстве США DARPA, которая помогла пионерам трансформационных инноваций, включая Интернет, миниатюрный GPS, самолеты-невидимки и компьютерную мышь.
«Я принимаю менталитет DARPA», — сказал он. «Давайте решим это для всех коров, а не только для части коров».
В последние четыре недели его жизни Суши кормили несколькими граммами масла, дистиллированного из красных морских водорослей, что является одним из наиболее испытанных и верных методов уменьшения выработки метана в желудках коров.
Теперь учёные пытаются понять, как именно это масло изменило кишечник Суши. Затем они планируют воспроизвести эти изменения посредством редактирования генов.
Несмотря на то, насколько человечество полагается на коров – в мире производят около 76 миллионов тонн говядины и 930 миллионов тонн молока в год – внутренняя работа самой большой камеры желудка коровы все еще остается загадкой. В течение миллионов лет микробиом коровы развивался, чтобы помочь животному превращать корм в энергию. Это хаотический суп из крошечных организмов, борющихся за ограниченные ресурсы, невидимые невооруженным глазом.
«Микробный мир — это жестокий пустошь Безумного Макса», — сказал Даймонд, один из исследователей генетики. «Микробы просто убивают друг друга».
Это непросто будет изменить. Система сложна, и ученым редко удается успешно трансформировать микробиомы жвачных животных, таких как коровы, овцы и козы.
Когда коровы едят, они пережевывают корм, смешивая его со слюной, затем проглатывают. Корова может производить колоссальные 150 литров слюны в день в зависимости от ее рациона. Часть этой пищи расщепляется дальше во время «жевания жвачки» или пережевывания — во время которой корова отрыгивает часть своего корма, грызет его. дальше, потом снова глотает.
Но ученые отмечают, что это не должно быть именно так. Нет ничего присущего скоту, что требовало бы от него выделения нагревающих планет газов — это лишь накопление водорода и микробы, которые эволюционировали, чтобы потреблять этот летучий газ.
«Нет причин, чтобы корова производила метан», — сказал Рингайзен.
С тех пор, как Дженнифер Дудна и французский ученый Эммануэль Шарпантье открыли CRISPR-Cas9 в 2012 году, эту технологию или ее варианты использовали для создания светящихся в темноте кроликов, кофейных зерен без кофеина и даже эмбрионов двух девочек-близнецов. они обладают иммунитетом к ВИЧ. (Китайский исследователь, ответственный за последний эксперимент, был арестован за незаконное использование CRISPR на людях.)
Сегодня ученые института пытаются использовать инструменты для редактирования генов для решения общественных проблем. Многое было сделано о том, как CRISPR может помочь решить проблемы со здоровьем человека, такие как серповидно-клеточная анемия, рак или ВИЧ. Но некоторые ученые считают, что наиболее мощным применением инструмента может быть метан. Метан, мощный парниковый газ, остается в атмосфере от семи до 12 лет, в то время как углекислый газ может сохраняться в течение сотен лет. Ограничение этих выбросов, которые произошли от животноводства, нефти и газа, а также изменения в землепользовании, также может резко замедлить темпы потепления.
«Я лично считаю, что это то, что может оказать наибольшее влияние в мире», — сказал Рингайзен. «Скажем, вы можете смахнуть волшебной палочкой и устранить все эти выбросы».
Остается много вопросов по подходу. «Это святой Грааль, если можно манипулировать микробиомом рубца», — сказал Александр Христов, профессор молочного питания в Университете штата Пенсильвания, не участвующий в проекте. «Но мы должны помнить, что этот микробиом развивался в течение миллионов лет – его очень, очень тяжело изменять или модифицировать на постоянной основе», – сказал он.
Джеймс Марш, профессор инженерии микробиомов в Институте биологии Макса Планка в Германии, говорит, что ученые все еще находятся на ранних стадиях применения генной инженерии ко всему микробиому. «Нам нужно иметь возможность применить это ко всем организмам, чтобы мы действительно могли реализовать перспективы микробной инженерии», — сказал он.
Несмотря на то, что ученые понимают основные контуры рубца коровы, они все еще составляют карту всех работающих видов – своего рода микробное описание каждой бактерии, грибка и археи. Это важно как для того чтобы понять, какие виды производят метан, так и для того, как настроить процесс.
«Ты будто на сафари», — сказал Даймонд.
Он описывает это как сборку 100 пазлов одновременно. Процесс экстракции разбивает ДНК каждого микроорганизма на сотни крошечных кусочков; с помощью компьютера и машинного обучения исследователи повторно собирают каждый из этих геномов.
Оттуда они могут увидеть, как изменился микробиом при обработке морскими водорослями – и как это имитировать.
Такой пробиотик может повысить производительность фермы. Крупный рогатый скот может потерять до 12 процентов своей энергии из-за отрыжки метана; другие жвачки, такие как овцы и козы, также теряют энергию таким образом. «Если есть способ перенаправить этот водород и превратить его в молоко, мясо, шерсть – фермеры его воспримут гораздо лучше», – сказал Эрмиас Кебреаб, профессор зоотехник в UC-Davis.
Впереди еще длинный путь. В то время как ученые доказали, что они могут редактировать гены микробов, исследователи показали, что они могут редактировать лишь небольшую часть микробов в коровьем кишечнике.
По материалам: Washington Post
