9 izcili ģenētiski instrumenti, kas varētu saglabāt bioloģisko daudzveidību

Klonēšana varētu dot cerību uz kritiski apdraudētajiem ziemeļu baltajiem degunradžiem. Attēls: REUTERS / Kristians Hartmans

Maurīcijas valdības Nishan Degnarain Nacionālā okeāna padome

Ryan Phelan līdzdibinātājs un izpilddirektors, atdzīvināt un atjaunot

Tomass Malonejs Dabas aizsardzības zinātnes, atjaunošanas un atjaunošanas direktors

Šis raksts ir daļa no Pasaules ekonomikas foruma ikgadējās sanāksmes

Mēs saskaramies ar globālo bioloģiskās daudzveidības krīzi. Katru gadu desmitiem tūkstošu dzīvnieku sugu izmirst, lēš zinātnieki. Kopš septiņdesmitajiem gadiem ir pazudusi gandrīz puse pasaules bioloģiskās daudzveidības, liecina Living Planet Index.

Šīs satraucošās tendences neliecina par palēnināšanos. Patiešām, spiedienu palielina iedzīvotāju skaits un ekonomiskā izaugsme, plaši izplatītā biotopu iznīcināšana, invazīvās sugas, savvaļas dzīvnieku slimības un klimata izmaiņas.

Attēls: atdzīvināt un atjaunot

Lai aizsargātu mūsu planētas bioloģisko daudzveidību, mums ir vajadzīgas jaunas novatoriskas pieejas. Par laimi, ceturtās rūpnieciskās revolūcijas straujā attīstība biotehnoloģijās ir daudzsološa. Jauni ģenētiski un biotehnoloģiski instrumenti jau tiek izmantoti medicīnā un lauksaimniecības sistēmās, jo īpaši labībā un mājas dzīvniekos. Biotehnoloģija progresē vēl straujāk nekā Mūra likumā, kas paredzēja mikroshēmu apstrādes jaudu divreiz divos gados, bet izmaksas samazinājās uz pusi.

Kā liecina iepriekš minētā Karlsona līkne, genoma sekvencēšanas izmaksas ir samazinājušās no 100 miljoniem USD 2001. gadā līdz zem USD 1000 šodien. Tagad mēs varam ne tikai ātrāk nolasīt bioloģisko kodu, bet arī rakstīt un veidot ar to jaunus veidus.

Šeit ir deviņas jaunas vai topošās biotehnoloģijas, kas varētu palīdzēt aizsargāt dabu.

1. Biobankas un kriokonservācija

Biobankas uzglabā bioloģiskos paraugus pētījumiem un kā rezerves resursus ģenētiskās daudzveidības saglabāšanai. Kā piemērus var minēt Sandjego saldēto zooloģisko dārzu, Frozen Ark projektus un daudzas sēklu bankas. Paraugi sniedz audus, šūnu līnijas un ģenētisko informāciju, kas var būt par pamatu apdraudētās savvaļas dzīvības atjaunošanai un atjaunošanai. Lai to panāktu, jānotiek pastāvīgai to sugu bioloģisko paraugu vākšanai, kuras saskaras ar izzušanu.

2. Senā DNS

Senā DNS (aDNA) ir DNS, kas iegūta no muzeju paraugiem vai arheoloģiskām vietām līdz tūkstošiem gadu vecai. DNS ātri noārdās, tāpēc lielākā daļa aDNS nāk no paraugiem, kas jaunāki par 50 000 gadu, un no aukstā klimata. Vecākais paraugs, kas reģistrēts ar izgūstamo DNS, ir zirgs, kas atrasts no sasalušas zemes Jukonā, Kanādā. Tā ir datēta no 560 000 līdz 780 000 gadu vecumam.

Saglabāšanas nolūkos aDNA var sniegt ieskatu evolūcijā un populācijas ģenētikā un atklāt kaitīgas mutācijas, kas laika gaitā izveidojušās. Tas var arī ļaut mums atgūt vērtīgās “izmirušās alēles” un atgriezt pilnīgu ģenētisko daudzveidību sugām, kuras ģenētiski ir noplicinājušas mazas vai sadrumstalotas populācijas. Ir pat izredžu atjaunošanai izmirušās sugas un savās vecajās ekoloģiskajās lomās savvaļā.

(PS. Atvainojiet, nav dinozauru. “Jūs nevarat klonēt no akmens.”)

3. Genoma secība

Augstas caurlaides spēka genoma sekvencēšana rada atsauces genomu, kas var būt pamats sugas ģenētiskai izpratnei un nākotnē var kalpot par ģenētiskās inženierijas pamatiem. Vairākas iniciatīvas ir vērstas uz dzīvības secību uz Zemes, radot nepārspējamu resursu dzīves ģenētiskās daudzveidības uztveršanai. Ievērojami piemēri ir 10K genoms, Fish-T1K (1000 zivju transkripti) un Putnu genomu projekts.

Ātrās secības noteikšanas rīkus ar mazāku pārklājumu nekā atsauces genomu var izmantot, lai rentabli pētītu populācijas. Tie var sniegt ieskatu saglabāšanas plānošanā, uzlabot zivsaimniecības un savvaļas dzīvnieku regulēšanu un uzlabot atjaunošanas rezultātus.

Uzlabota genomu secība ļauj pētniekiem identificēt ģenētiskos marķierus, kas nodrošina izturību pret slimībām vai citiem adaptīvās piemērotības elementiem.

4. Bioinformātika

Bioinformātika - datu apstrādes, lielo datu, mākslīgā intelekta un bioloģijas apvienošana - rada jaunas perspektīvas saglabāšanas centienos. Tas ļauj veikt genomiku, proteomiku un transkriptiku - attiecīgi genomu, olbaltumvielu un RNS transkriptu zinātnes. Palielināta skaitļošanas jauda ļauj ātrāk analizēt ģenētiskos priekšgājējus adaptācijai, noturību pret vides izmaiņām un savvaļas sugu saistību.

Attēls: Atdzīvināt un atjaunot

5. Genoma rediģēšana

Jaunākie sasniegumi, piemēram, CRISPR, pēdējos piecos gados ir padarījuši genoma rediģēšanu daudz precīzāku un pieejamāku. Savvaļas dzīvnieku pārvaldniekiem tagad ir mērķtiecīgs veids, kā aktivizēt rezistenci pret slimībām, kas var būt pasīvās. Ir arī iespējams “iesist” citas sugas ģenētiskās iezīmes, kas ļauj izturēties pret jaunām slimībām. Turklāt genoma rediģēšana varētu paātrināt trauslo un apdraudēto koraļļu rifu sistēmu attīstību, padarot tās izturīgākas pret siltākiem un skābākiem okeāniem.

6. Gēnu piedziņa

Vietējo kaitēkļu sugu, piemēram, grauzēju, savvaļas cūku un kukaiņu, invāzija ir nopietns globāls drauds bioloģiskajai daudzveidībai, īpaši mazajās salās, kas bagātas ar bioloģisko daudzveidību. Tradicionālās pieejas šādu sugu izskaušanai parasti ir saistītas ar spēcīgiem biocīdiem, kuriem var būt kaitīga iedarbība ārpus mērķa. Var palīdzēt jauni ģenētiski instrumenti.

Gēna piedziņa ir process, kura laikā konkrēts gēns vai gēna variants tiek mantots ar augstu frekvenci. Piemēram, lai risinātu invazīvo grauzēju problēmu, gēnu vadīšanu varētu izmantot, lai mainītu salu žurku dzimuma attiecību tā, lai tās kļūtu visas tēviņi un nespēj pavairot. Šīs tehnoloģijas sasniegumi var ļaut šādām īpašībām būt regulējamām, reģionālām un atgriezeniskām.

Gēnu piedziņas tehnoloģija varētu izskaust slimības. Ir iespējams novērst odu spēju pārnēsāt tādas cilvēku slimības kā malārija, zika un tropu drudzis, kā arī savvaļas dzīvnieku slimības, piemēram, putnu malāriju.

Ja gēnu piedziņa tiek piemērota atbildīgi, tas ir potenciāli pārveidojošs jauns rīks. Tomēr augstais piedziņas mantojums padara gēnu piedziņas tehnoloģijas pielietojumu laukā saprotami pretrunīgu. Par laimi saglabāšanai tiek izstrādāti vairāki dažādi gēnu dzēšanas veidi, izmantojot dažādas metodoloģijas, lai izvairītos no dziņa izplatīšanās ārpus mērķa populācijas.

7. Uzlabotās reproduktīvās tehnoloģijas

Genomiku, uzlabotas reproduktīvās tehnikas un klonēšanu plaši izmanto lopkopības nozarē, jo īpaši liellopu audzēšanai izmantojamo buļļu ražošanā un zirgu sportistu ar visaugstāko sniegumu polo un paraugdemonstrējumos. Ja ir audi, kas ir konservēti, klonēšana var radīt jaunu ģenētisko daudzveidību kritiski sugām pakļautajām sugām, kā arī sugām, kuras ir cietušas no populācijas sašaurinājuma. Klonēšana rada jaunas cerības vairākām zīdītāju sugām, ieskaitot melno kāju sesku Ziemeļamerikā, bucardo Eiropā un ziemeļu balto degunradžu Āfrikā.

8. Divpavedienu RNS

Globālā tirdzniecība un ceļojumi netīši iepazīstina ar sēnīšu slimībām ainavām un sugām, kurām nav attīstītas aizsardzības. Jaunās genomu tehnoloģijas nodrošina potenciālo rīku komplektu, lai nodotu rezistenci pret slimībām un samazinātu infekcijas virulenci. Jo īpaši īss, divpavedienu RNS (dsRNS) parādās kā spēcīgs slimību pārvaldības līdzeklis.

Ir veikti ievērojami komerciāli ieguldījumi, lai izstrādātu šo tehnoloģiju dažādu sēnīšu slimību kontrolei, kas apdraud lauksaimniecisko ražošanu. dsRNAs piedāvā efektīvu, videi draudzīgu veidu, kā kontrolēt specifiskas patogēnas sugas ar nelielu iedarbību ārpus mērķa. Sikspārņu populācijas Ziemeļamerikā ir cietušas sēnīšu patogēna, kas pazīstams kā balto degunu sindroms, dēļ. Šī tehnoloģija varētu dot iespēju šiem sikspārņiem izdzīvot un atgūties.

9. Savvaļas dzīvnieku produktu sintētiskās alternatīvas

Dabisko produktu pārmērīga izmantošana biomedicīnas un patērētāju vajadzībām turpina izraisīt vai draud izzušanu. Sintētiskā bioloģija piedāvā jaunas ražošanas metodes, lai mazinātu pieprasījumu pēc savvaļas dzīvnieku produktiem. Piemēram, pakavu krabjus, no kuriem ievāc un atdala unikālu olbaltumvielu, ko izmanto injicējamo zāļu un vakcīnu drošības pārbaudēs, varētu aizstāt ar sintētisku alternatīvu.

Attēls: atdzīvināt un atjaunot

Bioloģiskā daudzveidība ceturtajā rūpniecības revolūcijā

Jauna publiskā un privātā sektora partnerība, izmantojot privātā sektora jauninājumus, pārvaldību publiskajā sektorā un vairākas jaunas tehnoloģijas, varētu palīdzēt modernizēt bioloģiskās daudzveidības saglabāšanas instrumentu kopumu. Uzmanība jāpievērš arī biotehnoloģijas leģitimitātei saglabāšanā un vienprātības attīstīšanai par tās izmantošanu.

Izmantojot pareizos ģenētiskos instrumentus un partnerības, mēs, iespējams, spēsim pagriezt pavērsienu izmiršanā.

Sākotnēji publicēts vietnē www.weforum.org.