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SOPRA: © ISTOCK.COM, RODIMOVA
Domande sulla vita degli uccelli estinti ora arroccati nei musei di storia naturale hanno persistito a lungo dopo la loro morte: Come suonavano? Che aspetto avevano in volo? Quale nicchia ecologica abitavano?
Mentre gli sforzi sono in corso per riportare i mammiferi estinti, come il mammut lanoso e il quagga, attraverso la clonazione, l’inseminazione artificiale e un processo di riproduzione che mira a ripristinare le specie domestiche a fenotipi che assomigliano molto ai loro antenati selvatici, i sistemi riproduttivi degli uccelli non sono così suscettibili a queste tecniche.
Quindi gli scienziati si stanno rivolgendo alla trasmissione di cellule germinali coltivate, una tecnica promettente che è stata utilizzata per propagare polli addomesticati modificati da geni per più di un decennio. L’idea è che i geni di uccelli estinti potrebbero essere replicati e introdotti nelle linee germinali degli embrioni ospiti.
Stiamo partendo da un luogo in cui esiste almeno una tecnologia valida, e poi stiamo uscendo biologicamente.
—Rosemary Walzem, Texas A& M University
Mentre la tecnica funziona bene nei polli, gli attuali mezzi di coltura cellulare non supportano le cellule germinali primordiali degli uccelli selvatici (PGC), i precursori dello sperma e dell’uovo. PGCs traghettare sequenze genetiche in un host in modo che possano essere tramandate attraverso generazioni. Revive& Restore, un’organizzazione che intreccia le biotecnologie nella conservazione della fauna selvatica e sostiene gran parte della ricerca sulla de-estinzione, ha reso prioritario lo sviluppo di tali media. Consentirebbe l’amplificazione su larga scala dei PGC degli uccelli selvatici, forse compresi quelli degli uccelli in via di estinzione, e offrirebbe una piattaforma per la modifica genica che potrebbe aiutare a riportare in vita le specie estinte.
“La coltura è dura”, afferma Marie-Cecile Van de Lavoir, vice presidente delle operazioni presso Ligand Pharmaceuticals, che, in uno studio del 2006, ha avanzato la tecnica nei polli sviluppando le prime colture di PGC modificati che non si differenziavano dal loro fenotipo e rimanevano dedicati alla trasmissione germinale. Ha diversi brevetti correlati nel campo, e ha fornito studi di fattibilità iniziali per rilanciare& Ripristinare per il suo sforzo di de-estinzione aviaria. “Finora non ho visto un sistema di coltura in nessun’altra specie” oltre ai polli che mostra l’efficacia desiderata, dice. “Ogni specie di uccelli ha un diverso tipo di requisito culturale. E non sappiamo ancora quali siano questi requisiti.”
Rosemary Walzem, un biochimico nutrizionale del Texas A & M University, insieme a un piccolo team di studenti e ricercatori post-dottorato, sta cercando di risolvere il problema.
“Stiamo partendo da un luogo in cui esiste almeno una tecnologia valida, e poi stiamo uscendo biologicamente” da un parente del pollo, il gallo cedrone pinnato (Tympanuchus cupido pinnatus), dice Walzem. E una volta che la tecnica delle cellule germinali coltivate è stabilizzata nel gallo cedrone pinnato, la strategia sarebbe quindi estesa a una sottospecie estinta e strettamente correlata del gallo cedrone.
Entra-o, meglio, esci – dalla gallina della brughiera.
Abitando le boscaglie della costa orientale e le pianure sabbiose del Nord America, la gallina dalla brughiera (T. cupido cupido) era un grande gallo cedrone e un alimento base fino alla metà del diciannovesimo secolo. L’uccello era così comune che il naturalista Thomas Nuttall riferì nel 1832 che “i servi stipulavano con i loro datori di lavoro di non far portare la gallina di brughiera al tavolo più spesso di un paio di volte alla settimana.”
La caccia eccessiva, le malattie e altre pressioni hanno portato a un rapido declino del numero di galline della brughiera. Nel 1870, solo le popolazioni rimaste sulle isole costiere, tra cui presso l’ultima stand heath hen su Martha’s Vineyard, dove l’uccello è diventato un po ‘ di una causa célèbre. Segnando un primo tentativo di conservazione, la Heath Hen Reserve fu fondata nel 1908; qui gli appassionati di uccelli si riunivano vicino agli habitat di accoppiamento chiamati leks, o motivi in piena espansione, per assistere alle stravaganti danze di corteggiamento dei maschi. Gli uccelli battevano i piedi, estendevano due piume simili a corna appena sopra grandi e colorate sacche d’aria sul collo e mandavano una cascata di suoni in piena espansione. L’ultima gallina di brughiera, nota ai locali come Boom Ben, è stata vista nel 1932.
Un interesse reciproco nel modificare i genomi degli uccelli ha ottenuto a Walzem una sovvenzione da Revive& Restore per lavorare verso la de-estinzione per la specie. Il primo passo nel tentativo di Walzem di riportare la gallina dalle paludi fu stabilire una popolazione riproduttiva di gallo cedrone in Texas A & M. Il gallo cedrone ha più o meno la stessa morfologia del suo cugino più piccolo, estinto, e sebbene sia scomparso da gran parte del suo areale precolombiano, può ancora essere trovato in 10 stati. Dopo un trasferimento riuscito da un allevatore al loro nuovo recinto in Texas A&M, uno stormo di otto uccelli ha prodotto 66 uova durante l’ultima stagione degli amori nel 2020.
Il passo successivo per “spingere il progetto in avanti, è quello di ottenere condizioni in cui possiamo coltivare cellule germinali primordiali in coltura, in modo affidabile”, afferma Walzem. A tal fine, i PGC vengono estratti da embrioni di donatori di galli cedroni pinnati e coltivati in vitro dove possono essere replicati. In questo stato, i PGC sono facilmente accessibili per la manipolazione, incluso l’editing del genoma che potrebbe in futuro introdurre sequenze genetiche copiate da specie estinte. Successivamente, le cellule vengono iniettate in un embrione di pollo surrogato in via di sviluppo, dove migrano verso gli organi sessuali. Quando il surrogato si schiude e alla fine si riproduce, lo sperma e l’uovo della sua prole ospitano il genoma dell’embrione del gallo cedrone donatore, insieme a qualsiasi modifica genetica introdotta dagli scienziati.
I tentativi iniziali di Walzem di propagare ed espandere PGC di galli cedroni pinnati raccolti da embrioni non hanno avuto successo in due diversi tipi di media.
“Potrebbero esserci centinaia di molecole che devono essere coinvolte nella programmazione di una cellula”, spiega Walzem. Per comprendere le esigenze nutrizionali dei PGC e sviluppare la migliore ricetta per sostenerli in vitro, Walzem sta lanciando un’ampia rete per sperimentare le condizioni dei media disponibili. Sta progettando di impiegare piattaforme analitiche come metabolomica e array di citochine per capire perché le cellule germinali prosperano e si amplificano in alcuni lotti di media e non in altri.
Seguendo le molecole di segnalazione chiamate citochine, Walzem cercherà indicazioni sugli stadi di sviluppo delle cellule nei media per inchiodare a che punto continuano a svilupparsi o bloccarsi. Insieme al profilo del metabolita, le citochine potrebbero individuare ulteriormente gli ingredienti necessari per il mezzo PGC ottimale. O, al contrario, ciò che la sua squadra potrebbe scoprire è ciò che impedisce alle cellule germinali di prosperare nei media, in primo luogo. ” E questo potrebbe essere il più grande passo avanti”, per identificare e rimuovere eventuali impedimenti, afferma Walzem.
Se il team Texas A&M riesce a coltivare cellule germinali pinnate di gallo cedrone, il passo successivo nella trasmissione germinale consiste nell’iniettare queste cellule nel flusso sanguigno di un embrione di pollo ospite durante una finestra temporale precisa che consentirebbe alle cellule di ospitare e occupare le gonadi dell’embrione, quindi svilupparsi normalmente come sperma o uova.
Ma l’embrione di pollo ospite ha anche le sue cellule germinali, “e fondamentalmente c’è una lotta tra cani tra chi possiede” la riproduzione, dice Walzem. “E devi immaginare che i PGC del destinatario abbiano un vantaggio in casa.”
Per questo motivo, il tasso di successo della trasmissione germinale nei polli è solo del 5-8%, afferma Eszter Patakiné Várkonyi in una e-mail allo scienziato. Come senior fellow presso il Centro Nazionale per la biodiversità e la conservazione dei geni, Istituto per la conservazione dei geni degli animali da fattoria, in Ungheria, ha concentrato il suo lavoro sulla conservazione delle razze di pollo rare, che sono popolari nelle piccole fattorie in Ungheria e sono più resistenti alle malattie e ai parassiti rispetto agli uccelli nell’allevamento avicolo industriale. Per aumentare la velocità di trasmissione delle cellule germinali primordiali, Várkonyi suggerisce di utilizzare embrioni di pollo sterilizzati chimicamente: Senza competere cellule germinali native, germline successo di trasmissione razzi fino al 99,5 per cento. L’utilizzo di embrioni di pollo sterilizzati per ospitare cellule germinali di galli cedroni pinnati è una tattica che Walzem sta prendendo in considerazione.
Se questa manovra di trasmissione delle cellule germinali coltivate dovesse avere successo, e il pollo surrogato si riproduca con un altro pollo che porta anche la linea germinale del gallo cedrone, la sua progenie sarà il gallo cedrone pinnato.
Walzem intende continuare a collaborare con i suoi colleghi sul campo per identificare ulteriormente le differenze tra la gallina dalle brughiere e i genomi di gallo cedrone pinnato, un processo già avanzato da Revive& Restore attraverso il suo finanziamento del sequenziamento del genoma del genere Tympanuchus grouse. Quando i geni specifici per la gallina brughiera sono identificati in somma, lei sta cercando il Texas A&M Institute for Genomic Medicine per unire lo sforzo e modificare i geni corrispondenti nelle cellule germinali pinnate gallo cedrone per conferire attributi gallina brughiera.
Se ciò che alla fine si schiude nel laboratorio di Walzem replica veramente la gallina della brughiera resta da vedere. Anche l’epigenetica e l’ambiente giocheranno un ruolo critico nel suo condizionamento e nella sua sopravvivenza. E per fare qualsiasi sforzo di conservazione bastone, gli esseri umani devono essere migliori amministratori di habitat degli uccelli. A tal fine, Revive & Restore intende mantenere stormi di chimere e galline surrogate mentre reintroduce la specie nelle pianure sabbiose protette delle isole del Massachusetts per continuare lo studio. Se lo sforzo di de-estinto la gallina brughiera rende a quel punto, una tale pietra miliare potrebbe essere 10 o più anni di distanza.
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