ovan : ISTOCK.COM, RODIMOVA

frågor om livet för utdöda fåglar som nu ligger uppe i naturhistoriska museer har kvarstått långt efter deras bortgång: hur lät de? Hur såg de ut under flygningen? Vilken ekologisk nisch bodde de? medan ansträngningar pågår för att få tillbaka utdöda däggdjur, såsom ullmammoten och quagga, genom kloning, artificiell insemination och en avelsprocess som syftar till att återgå domesticerade arter till fenotyper som liknar deras vilda förfäder, är fåglarnas reproduktionssystem inte lika mottagliga för dessa tekniker.

så forskare vänder sig till odlad bakteriecellöverföring, en lovande teknik som har använts för att sprida genredigerade tama kycklingar i mer än ett decennium. Tanken är att gener från utdöda fåglar skulle kunna replikeras och introduceras i värdembryons groddar.

Vi börjar från en plats där det finns åtminstone en livskraftig teknik, och sedan går vi ut biologiskt.

—Rosemary Walzem, Texas A&M University

medan tekniken fungerar bra hos kycklingar, stöder nuvarande cellodlingsmedier inte vilda fågel primordiala bakterieceller (PGCs), föregångarna till spermier och ägg. Pgcs färja genetiska sekvenser till en värd så att de kan föras vidare genom generationer. Revive & Restore, en organisation som väver bioteknik till djurskydd och stöder mycket av forskningen om utrotning, har prioriterat att utveckla sådana medier. Det skulle möjliggöra storskalig förstärkning av vilda fågel-PGC, kanske inklusive utrotningshotade fåglar, och erbjuda en plattform för genmodifiering som kan hjälpa till att återvända utdöda arter till liv.

”odling är tuff”, säger Marie-Cecile Van de Lavoir, vice vd för verksamheten vid Ligand Pharmaceuticals, som i en studie från 2006 avancerade tekniken hos kycklingar genom att utveckla de första kulturerna av modifierade PGCs som inte skilde sig bort från deras fenotyp och stannade tillägnad överföring av groddar. Hon har flera relaterade patent inom området och tillhandahöll inledande genomförbarhetsstudier för att återuppliva & Återställ för sin aviära utrotningsinsats. ”Hittills har jag inte sett ett kultursystem i någon annan art” förutom kycklingar som visar önskad effekt, säger hon. ”Varje fågelart har en annan typ av kulturbehov. Och vi vet inte riktigt vad dessa krav är.”

Rosemary Walzem, en näringsbiokemist vid Texas A&M University, tillsammans med ett litet team av studenter och postdoktorer, försöker fixa det.

”vi börjar från en plats där det finns åtminstone en livskraftig teknik, och sedan går vi ut biologiskt” till en släkting till kycklingen, den pinnated grouse (Tympanuchus cupido pinnatus), säger Walzem. Och när den odlade bakteriecellstekniken har stabiliserats i den pinnated grouse, skulle strategin sedan utvidgas till en nära besläktad, utdöd underart av grouse.

Ange-eller snarare avsluta—heath höna.

ett heath hönsprov från 1896 vid University of California, Berkeley

W. Roberts / Bird Collection, Museum of Vertebrate Zoology, University of California, Berkeley

Heath hen (T. cupido cupido) var en stor grouse och en matklammer fram till mitten av artonhundratalet. Så vanligt var fågeln som naturforskaren Thomas Nuttall rapporterade 1832 att ” tjänare föreskrev med sina arbetsgivare att inte ha heath höna förde till bordet oftare än några gånger i veckan.”

Överjakt, sjukdom och andra tryck ledde till en brant nedgång i heath hen-nummer. År 1870 återstod endast kvarvarande populationer på kustöarna, inklusive vid heath hen ’s last stand på Martha’ s Vineyard, där fågeln blev något av en orsak C ubicl ubicbre. Markera ett tidigt försök till bevarande, Heath Hen Reserve grundades 1908; här samlades fågelentusiaster nära parning livsmiljöer som kallas leks, eller blomstrande grunder, för att bevittna de extravaganta fängelsedanserna hos män. Fåglarna skulle stämpla sina fötter, sträcka ut två hornliknande fjädrar strax ovanför stora, färgglada luftsäckar på halsen och skicka fram en kaskad av blomstrande ljud. Den sista heath hen, känd för lokalbefolkningen som Booming Ben, sågs 1932.

ett ömsesidigt intresse av att modifiera fågelgenom landade Walzem ett bidrag från Revive& Återställ för att arbeta mot utrotning för arten. Det första steget i Walzems försök att få tillbaka heath hen var att etablera en avelspopulation av pinnated grouse i Texas A&M. Den pinnated grouse har ungefär samma morfologi som sin mindre, utdöda kusin, och även om den har försvunnit från mycket av sitt pre-Columbian range, kan den fortfarande hittas i 10 stater. Efter en lyckad överföring från en uppfödare till deras nya hölje i Texas A&M producerade en flock med åtta fåglar 66 ägg under den senaste parningssäsongen 2020.

nästa steg för att” driva projektet framåt är att få förhållanden där vi kan odla primordiala bakterieceller i kultur, pålitligt”, säger Walzem. Mot detta ändamål extraheras PGCs från pinnated grouse donatorembryon och odlas in vitro där de kan replikeras. I detta tillstånd är PGC: erna lättillgängliga för manipulation, inklusive genomredigering som i framtiden kan införa genetiska sekvenser kopierade från utdöda arter. Därefter injiceras cellerna i ett utvecklande surrogat kycklingembryo, där de migrerar till könsorganen. När surrogatet kläcker och så småningom reproducerar, har spermierna och ägget av dess avkommor genomet av givarembryot, tillsammans med eventuella genetiska ändringar som införts av forskare.

i den odlade bakteriecellsöverföringstekniken extraheras PGCs från en givare och odlas i ett medium där de också kan genredigeras. PGC: erna injiceras sedan i mottagarembryon som växer till germline chimärer. När chimärerna reproducerar överförs givargenomerna till avkomman.

återuppliva& Återställ

Walzems initiala försök att sprida och expandera pinnated grouse PGCs skördade från embryon lyckades inte i två olika typer av media.

”det kan finnas hundratals molekyler som måste vara involverade i programmering av en cell”, förklarar Walzem. För att förstå näringsbehoven hos PGCs och utveckla det bästa receptet för att stödja dem in vitro kastar Walzem ett brett nät för att experimentera med tillgängliga medieförhållanden. Hon planerar att använda analytiska plattformar som metabolomics och cytokin arrays för att förstå varför bakterieceller trivs och förstärker i vissa mediepartier och inte andra. genom att spåra signalmolekyler som kallas cytokiner kommer Walzem att leta efter indikationer på utvecklingsstadierna hos cellerna i media för att spika ner vid vilken tidpunkt de fortsätter att utvecklas eller stanna ut. Tillsammans med metabolitprofilen kan cytokiner ytterligare identifiera de nödvändiga ingredienserna för det optimala PGC-mediet. Eller omvänt, vad hennes team kan upptäcka är vad som hindrar bakterieceller från att blomstra i media i första hand. ”Och det kan vara det största steget framåt”, för att identifiera och ta bort eventuella hinder, säger Walzem.

Om Texas A&m-teamet lyckas odla pinnated grouse grouse-celler, är nästa steg i överföring av grouse att injicera dessa celler i blodomloppet hos ett värdkyllingembryo under ett exakt tidsfönster som skulle göra det möjligt för cellerna att komma in på och ockupera embryonets gonader och sedan utvecklas normalt som spermier eller ägg.

men värdens kycklingembryo har också sina egna bakterieceller, ”och i princip finns det en hundkamp mellan vem som äger” reproduktion, säger Walzem. ”Och du måste föreställa dig att mottagarens egna PGC: er har en hemdomstolsfördel.”

av den anledningen är framgångsgraden för överföring av könslinjer hos kycklingar bara 5-8 procent, säger Eszter Patakin Audrey V. Som Senior fellow vid National Centre for Biodiversity and Gene Conservation, Institute for Farm Animal Gene Conservation, i Ungern, har hon fokuserat sitt arbete på att bevara sällsynta kycklingraser, som är populära på små gårdar i Ungern och är mer resistenta mot sjukdomar och parasiter än fåglar i industriell fjäderfäuppfödning. För att öka den primordiala bakteriecellöverföringshastigheten, föreslår V Ucrkonyi att man använder kemiskt steriliserade kycklingembryon: utan konkurrerande inhemska bakterieceller, germline transmission framgång raketer till så högt som 99,5 procent. Att använda steriliserade kycklingembryon för att vara värd för pinnated grouse-bakterieceller är en taktik som Walzem överväger.

om denna odlade könscellsöverföringsmanöver visar sig framgångsrik, och surrogatkyllan reproducerar med en annan kyckling som också bär grouse-grouse, kommer dess avkomma att vara pinnated grouse.

Walzem planerar att fortsätta samarbeta med sina kollegor på fältet för att ytterligare identifiera skillnaderna mellan heath hen och pinnated grouse genomes, en process som redan utvecklats av Revive & Återställ genom sin finansiering av genomsekvenseringen av Tympanuchus grouse-släktet. När generna som är specifika för heath hen identifieras i summan ser hon till Texas a&m Institute for Genomic Medicine för att gå med i ansträngningen och redigera motsvarande gener i de pinnated grouse grouse-cellerna för att ge heath hen-attribut.

om det som slutligen kläcker i Walzems laboratorium verkligen replikerar heath höna återstår att se. Epigenetik och miljö kommer också att spela kritiska roller i dess konditionering och överlevnad. Och för att göra någon bevarandeinsats, måste människor vara bättre förvaltare av fågelns livsmiljö. För detta ändamål, Revive & Restore avser att upprätthålla flockar av chimärer och surrogathöns medan de återinför arten till de skyddade sandlätterna på Massachusetts islands för fortsatt studie. Om strävan att utdöda heath höna gör det till den punkten, en sådan milstolpe kan vara 10 eller flera år bort.