Недавно ученые опубликовали полный пангеном одомашненного шелкопряда (Bombyx mori). Я подумал, что это интересно по нескольким причинам. Во-первых, я не думаю, что ранее обсуждал здесь, что такое пангеном. Во-вторых, я никогда не задумывался о том, что тутовый шелкопряд технически является одомашненным животным. И в-третьих, шелк – важный материал, который находится в центре внимания многих научных исследований, поэтому, конечно, мне было интересно, как эти последние исследования могут повлиять на это.
Пангеном (я видел “пангеном”, “пангеном” и “пангеномный геном” – я просто собираюсь использовать пангеном) – это полный генетический профиль вида (или, в более широком смысле, клады), включающий все варианты. Таким образом, пангеном Homo sapiens будет включать в себя карту всех генов, существующих у людей, а не только геном одного человека. Это дает более полную картину генетики этого вида, чем один геном. Пангеном также может предоставить информацию, полезную для определения эволюционных взаимоотношений между разновидностями клады. Также может быть полезно отслеживать конкретные гены и признаки, которые они контролируют.
Они собрали огромное количество данных:
Команда тщательно проанализировала 1078 видов тутового шелкопряда (B. mori, включая 205 местных штаммов, 194 улучшенные разновидности, 632 генетические группы и 47 видов дикого тутового шелкопряда, B. mandarina) и собрала геномы с длительным считыванием по 545 из этих образцов, собрав 55,57 тонны геномных данных.
и
Команда ученых идентифицировала 468 генов, связанных с одомашниванием, и 198 генов, связанных с улучшением, из которых, соответственно, 264 и 185 идентифицированы недавно.
Один из вопросов, на который исследователи попытались ответить с помощью этих данных, заключается в том, откуда 5000 лет назад появился домашний шелкопряд. Их данные указывают на Китай, что также подтверждается археологическими данными. Однако, по-видимому, в Японии также существовала отдельная программа одомашнивания, которая продолжалась достаточно долго, чтобы появились различные варианты. Важно отметить, что китайские и японские сорта имеют разные мутации, улучшающие шелковистость. Это означает, что создание гибридных сортов между этими двумя ветвями древа домашнего шелкопряда может принести значительные преимущества. Выявление специфических генов, которые обеспечивают особые преимущества для качества шелка, также может быть использовано для получения биоинженерных шелкопрядов с оптимальными или желаемыми признаками. Например, исследователи определили гены, которые контролируют тонкость шелка.
Интересно, что оказалось больше генов, связанных с одомашниванием, а не с качеством шелка. Я понял, что думал об одомашнивании животных, связанном главным образом с поведением, но основное определение (согласно National Geographic) звучит просто: “Одомашнивание – это процесс адаптации диких растений и животных для использования человеком”. Шелкопряды явно соответствуют этому определению. Одно из ключевых различий в поведении заключается в том, что дикие шелкопряды могут летать, в то время как их одомашненные собратья нелетающие. Дикие шелкопряды также склонны к расселению, в то время как одомашненные шелкопряды предпочитают оставаться на месте. Их выживание полностью зависит от человека, поскольку они питаются ягодами шелковицы (отсюда и название “тутовый шелкопряд”). Кроме того, шелкопряды являются единственными полностью одомашненными насекомыми в мире. Медоносная пчела также считается одомашненной, но не “полностью”.
Повлияет ли вся эта информация на шелковую промышленность? Возможно. Использование шелка, вероятно, началось 5000 лет назад, и сегодня мировой рынок шелка оценивается в 16,9 миллиарда долларов в 2021 году и, по прогнозам, увеличится до более чем 30 миллиардов долларов к 2029 году. Шелк пользуется большим спросом из-за его “блеска, гладкой и мягкой текстуры, высокой механической прочности, хорошей биосовместимости, медленного биодеградации и углеродно-нейтрального синтеза”. Оптимизация производства, эффективность и качество шелка могут оказать значительное влияние на развитие этой отрасли.
Уже предпринимаются попытки создать биоинженерный шелк, и эта новейшая генетическая информация станет подспорьем в таких усилиях. Например, исследователи успешно вывели шелкопрядов для производства цветного шелка. Можно предварительно окрашивать шелк, добавляя краситель в корм для червей, но, по-видимому, насыщенность цвета будет очень низкой. Генетическое изменение цвета шелка успешно осуществлялось с использованием флуоресцентных красок, но при этом предпринимались усилия по производству экономически полезных красок (или созданию спроса на флуоресцентный шелк). Это может оказаться очень выгодным, поскольку шелк, как правило, белый, а при окрашивании используются агрессивные химикаты, которые могут привести к ухудшению качества шелка и образованию большого количества сточных вод. Таким образом, цветной шелк будет безвреден для окружающей среды. Конечно, я не могу не думать о том, как идеологи борьбы с ГМО отреагируют на такое развитие событий. Будут ли они призывать к “шелку без ГМО”, несмотря на то, что он гораздо более вреден для окружающей среды? (Я думаю, мы знаем ответ на этот вопрос.)
Также предпринимались попытки внедрить трансгены пауков в тутового шелкопряда, чтобы получить гибридный паучий шелк. Пауки не могут быть одомашнены и непригодны для массового производства. Но если бы мы смогли заставить одомашненного шелкопряда производить паутинный шелк, то, возможно, стали бы свидетелями зарождения новой отрасли. Паутинный шелк, возможно, и не такой блестящий, как шелк, но он очень прочный и теоретически может быть использован для изготовления пуленепробиваемых тканей или прочных и легких кабелей. Пока что эти попытки не увенчались успехом. Например, на выходе из этих червей получается всего около 5% паутинного шелка. Я подозреваю, что мы будем продолжать слышать об этом начинании с каждым новым шагом вперед, но пока остается только гадать, приведет ли это к экономической целесообразности.
Однако огромные достижения в области генетики делают все более вероятными такие области применения, как массовое производство паучьего шелка и улучшенный шелк.
