9 fajnych narzędzi genetycznych, które mogłyby uratować różnorodność biologiczną

Klonowanie może dać nadzieję na krytycznie zagrożone białe nosorożce północne. Zdjęcie: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain National Ocean Council rządu Mauritiusa

Ryan Phelan Współzałożyciel i dyrektor wykonawczy, Revive & Restore

Thomas Maloney Dyrektor Conservation Science, Revive and Restore

Ten artykuł jest częścią dorocznego spotkania Światowego Forum Ekonomicznego

Stoimy w obliczu globalnego kryzysu różnorodności biologicznej. Naukowcy szacują, że dziesiątki tysięcy gatunków zwierząt wymierają każdego roku. Według Living Planet Index prawie połowa światowej różnorodności biologicznej zanikła od lat 70. XX wieku.

Te niepokojące trendy nie wykazują oznak spowolnienia. Rzeczywiście wzrost populacji i wzrost gospodarczy, powszechne niszczenie siedlisk, gatunki inwazyjne, choroby dzikiej przyrody i zmiany klimatu zwiększają presję.

Zdjęcie: Ożywić i przywrócić

Aby zabezpieczyć różnorodność biologiczną naszej planety, potrzebujemy nowych innowacyjnych podejść. Na szczęście szybki postęp czwartej rewolucji przemysłowej w dziedzinie biotechnologii jest obiecujący. Nowe narzędzia genetyczne i biotechnologiczne są już stosowane w medycynie i systemach rolniczych, szczególnie w uprawach i zwierzętach domowych. Biotechnologia rozwija się w jeszcze szybszym tempie niż prawo Moore'a, w którym moc przetwarzania mikroczipów podwoiła się co dwa lata, a koszty spadły o połowę.

Jak pokazuje powyższa krzywa Carlsona, koszt sekwencjonowania genomu spadł ze 100 milionów USD w 2001 roku do poniżej 1000 USD dzisiaj. Jesteśmy teraz w stanie nie tylko szybciej czytać kod biologiczny, ale także pisać i projektować go na nowe sposoby.

Oto dziewięć nowych lub powstających biotechnologii, które mogą pomóc w ochronie przyrody.

1. Biobankowanie i konserwacja krio

Biobanki przechowują próbki biologiczne do badań i jako zapasowe zasoby w celu zachowania różnorodności genetycznej. Przykłady obejmują San Diego Frozen Zoo, projekty Frozen Ark i liczne banki nasion. Próbki dostarczają tkanki, linie komórkowe i informacje genetyczne, które mogą stanowić podstawę przywracania i odzyskiwania zagrożonej przyrody. Aby to umożliwić, należy stale zbierać próbki biologiczne z gatunków zagrożonych wyginięciem.

2. Starożytne DNA

Starożytne DNA (aDNA) to DNA, które zostało wydobyte z okazów muzealnych lub stanowisk archeologicznych liczących nawet tysiące lat. DNA ulega szybkiej degradacji, więc większość aDNA pochodzi z próbek młodszych niż 50 000 lat i z zimnego klimatu. Najstarszym okazem zarejestrowanym z odzyskiwalnym DNA jest koń odkryty z zamarzniętej ziemi w Yukon w Kanadzie. Jest datowany na od 560 000 do 780 000 lat.

Dla celów ochrony aDNA może dać wgląd w ewolucję i genetykę populacji oraz ujawnić szkodliwe mutacje, które rozwinęły się z czasem. Może również pozwolić nam odzyskać cenne „wymarłe allele”, aby przywrócić pełną różnorodność genetyczną gatunkom, które zostały genetycznie uszczuplone przez małe lub rozdrobnione populacje. Istnieje nawet szansa na powrót wymarłych gatunków do życia i ich starych ról ekologicznych na wolności.

(PS. Niestety, nie ma dinozaurów. „Nie można sklonować z kamienia.”)

3. Sekwencjonowanie genomu

Wysokowydajne sekwencjonowanie genomu tworzy genom referencyjny, który może stanowić podstawę do genetycznego zrozumienia gatunku i może pełnić rolę elementów konstrukcyjnych inżynierii genetycznej w przyszłości. Kilka inicjatyw koncentruje się na sekwencjonowaniu życia na Ziemi, tworząc niezrównane zasoby do uchwycenia genetycznej różnorodności życia. Genome 10K, Fish-T1K (transkryptomy 1000 ryb) i Avian Genomes Project to godne uwagi przykłady.

Narzędzia do szybkiego sekwencjonowania, o mniejszym pokryciu niż genom referencyjny, można wykorzystać do ekonomicznego badania populacji. Mogą zapewnić wgląd w planowanie ochrony, poprawić regulacje dotyczące rybołówstwa i dzikiej przyrody oraz poprawić wyniki odbudowy.

Zaawansowane sekwencjonowanie genomu umożliwia naukowcom identyfikację markerów genetycznych przenoszących oporność na choroby lub inne elementy sprawności adaptacyjnej.

4. Bioinformatyka

Bioinformatyka - połączenie przetwarzania danych, dużych zbiorów danych, sztucznej inteligencji i biologii - przynosi nowe perspektywy w zakresie działań ochronnych. Umożliwia genomikę, proteomikę i transkryptomikę - odpowiednio nauki o genomach, białkach i transkryptach RNA. Zwiększenie mocy obliczeniowej umożliwia szybszą analizę genetycznych prekursorów pod kątem adaptacji, odporności na zmiany środowiskowe i pokrewieństwa dzikich gatunków.

Zdjęcie: Revive & Restore

5. Edycja genomu

Postępy takie jak CRISPR sprawiły, że edycja genomu była znacznie bardziej precyzyjna i dostępna w ciągu ostatnich pięciu lat. Menedżerowie dzikiej przyrody mają teraz ukierunkowany sposób aktywacji odporności na choroby, które mogą być uśpione. Możliwe jest również „wbicie” cech genetycznych innego gatunku, co umożliwia odporność na nowe choroby. Ponadto edycja genomu może przyspieszyć rozwój kruchych i zagrożonych systemów raf koralowych, czyniąc je bardziej odpornymi na cieplejsze i bardziej kwaśne oceany.

6. Napęd genowy

Inwazja obcych gatunków szkodników, takich jak gryzonie, zdziczałe świnie i owady, stanowi poważne globalne zagrożenie dla różnorodności biologicznej, zwłaszcza na małych wyspach bogatych w różnorodność biologiczną. Tradycyjne podejście do eliminacji takich gatunków zwykle wiąże się z silnymi środkami biobójczymi, które mogą mieć szkodliwe skutki poza celem. Nowe narzędzia genetyczne mogą pomóc.

Napęd genowy to proces, w którym określony gen lub wariant genu jest dziedziczony z wysoką częstotliwością. Na przykład, aby rozwiązać problem inwazyjnych gryzoni, można zastosować napęd genowy, aby zmienić stosunek płciowy populacji szczurów na wyspie, aby stały się samcami i nie rozmnażały się. Postępy w tej technologii pozwalają na dostosowanie takich cech, regionalnych i odwracalnych.

Technologia napędu genowego może wyeliminować choroby. Wydaje się możliwe wyeliminowanie zdolności komara do przenoszenia chorób ludzi, takich jak malaria, zika i gorączka denga, a także chorób dzikich zwierząt, takich jak malaria ptaków.

Jeśli odpowiedzialnie zastosowane, napędy genowe stanowią potencjalnie nowe narzędzie transformacyjne. Jednak wysoka dziedziczność napędu sprawia, że ​​stosowanie technologii napędu genowego w terenie jest zrozumiałe kontrowersyjne. Na szczęście w celu ochrony opracowywanych jest kilka różnych rodzajów napędu genowego, wdrażających różne metodologie, aby uniknąć rozprzestrzeniania się napędu poza populację docelową.

7. Zaawansowane technologie reprodukcyjne

Genomika, zaawansowane techniki reprodukcyjne i klonowanie stają się szeroko stosowane w sektorze hodowli zwierząt, szczególnie w produkcji byków do hodowli bydła i dla najlepszych sportowców koni w polo i skokach. Gdy istnieją kriokonserwowane tkanki, klonowanie może przynieść nową różnorodność genetyczną gatunkom zagrożonym krytycznie, a także tym, które ucierpiały przez wąskie gardło populacji. Klonowanie daje nową nadzieję kilku gatunkom ssaków, w tym fretce w Ameryce Północnej, bucardo w Europie i nosorożca białego w Afryce.

8. Dwuniciowy RNA

Światowy handel i podróże nieumyślnie wprowadzają choroby grzybowe do krajobrazów i gatunków, które nie mają rozwiniętej obrony. Nowe technologie genomowe zapewniają zestaw potencjalnych narzędzi do przenoszenia odporności na choroby i zmniejszania zjadliwości infekcji. W szczególności krótkie, dwuniciowe RNA (dsRNA) stają się potężnym narzędziem zarządzania chorobami.

Poczyniono znaczne inwestycje komercyjne w celu opracowania tej technologii do kontroli różnych chorób grzybiczych, które zagrażają produkcji rolnej. dsRNA oferują skuteczny, przyjazny dla środowiska sposób kontrolowania określonych gatunków patogennych z niewielką liczbą efektów poza celem. Populacje nietoperzy w Ameryce Północnej uległy awarii z powodu patogenu grzybowego znanego jako zespół białego nosa. Ta technologia może umożliwić tym nietoperzom przetrwanie i powrót do zdrowia.

9. Syntetyczne alternatywy dla produktów dzikiej przyrody

Nadużywanie naturalnych produktów do użytku biomedycznego i konsumenckiego nadal powoduje lub grozi wyginięciem. Biologia syntetyczna oferuje nowe metody wytwarzania, które zastępują popyt na produkty dzikiej przyrody. Na przykład kraby podkowy, które są zbierane i wykrwawiane w celu uzyskania unikalnego białka stosowanego w testach bezpieczeństwa leków i szczepionek do wstrzykiwań, można zastąpić syntetyczną alternatywą.

Zdjęcie: Ożywić i przywrócić

Różnorodność biologiczna w czwartej rewolucji przemysłowej

Nowe partnerstwo publiczno-prywatne, wykorzystujące innowacje w sektorze prywatnym, zarządzanie sektorem publicznym i wiele nowych technologii może pomóc zmodernizować zestaw narzędzi do ochrony różnorodności biologicznej. Należy także zwrócić uwagę na zasadność biotechnologii w zakresie ochrony i wypracować konsensus w sprawie jej wykorzystania.

Dzięki odpowiednim narzędziom genetycznym i partnerstwom możemy być w stanie odwrócić falę wyginięcia.

Pierwotnie opublikowany na www.weforum.org.