9 страхотни генетични инструмента, които биха могли да спестят биоразнообразието

Клонирането може да осигури надежда за критично застрашени северни бели носорози. Изображение: REUTERS / Кристиан Хартман

Нишан Дегнарен Национален съвет за океана на правителството на Мавриций

Ryan Phelan Съосновател и изпълнителен директор, Revive & Restore

Томас Малони Директор на науката за опазване, възраждане и реставрация

Тази статия е част от годишната среща на Световния икономически форум

Изправени сме пред глобална криза в областта на биологичното разнообразие. Всяка година десетки хиляди животински видове изчезват. Почти половината биологично разнообразие в света е изчезнало от 70-те години на миналия век според Индекса на живата планета.

Тези тревожни тенденции не показват признаци на забавяне. Всъщност популацията и икономическият растеж, широкото унищожаване на местообитанията, инвазивните видове, болестите по дивата природа и изменението на климата увеличават натиска.

Изображение: Съживяване и възстановяване

За да запазим биоразнообразието на нашата планета, се нуждаем от нови иновативни подходи. За щастие, бързите постижения на Четвъртата индустриална революция в биотехнологиите са обещаващи. Нови генетични и биотехнологични инструменти вече се използват в медицината и селскостопанските системи, по-специално в културите и домашните животни. Биотехнологията напредва с още по-бързи темпове от тази на закона на Мур, при която мощността на обработката на микрочипове се удвоява на всеки две години, докато разходите намаляват наполовина.

Както показва кривата на Карлсън по-горе, цената за секвениране на геном е спаднала от 100 милиона долара през 2001 г. до под 1000 долара днес. Вече сме в състояние не само да четем биологичния код по-бързо, но и да пишем и проектираме с него по нови начини.

Ето девет нови или нови биотехнологии, които биха могли да помогнат за опазването на природата.

1. Биобанкинг и криосъхранение

Biobanks съхраняват биологични проби за изследвания и като резервен ресурс за запазване на генетичното разнообразие. Примерите включват замразения зоопарк в Сан Диего, проектите на Замръзналия ковчег и многобройни банки със семена. Пробите осигуряват тъкани, клетъчни линии и генетична информация, които могат да формират основата за възстановяване и възстановяване на застрашена дива природа. За да се позволи това, трябва да се извършва непрекъснато събиране на биологични проби от видове, изправени пред изчезване.

2. Древна ДНК

Древната ДНК (aDNA) е ДНК, която е извлечена от музейни образци или археологически обекти на възраст до хиляди години. ДНК се разгражда бързо, така че повечето aDNA идва от проби на възраст под 50 000 години и от студен климат. Най-старият екземпляр, записан с извлечена ДНК, е кон, открит от замръзнала земя в Юкон, Канада. Той е датиран на възраст между 560 000 до 780 000 години.

За целите на опазването, aDNA може да даде представа за еволюцията и популационната генетика и да разкрие вредни мутации, които са се развили във времето. Може също така да ни позволи да възстановим ценни „изчезнали алели“, да върнем пълното генетично разнообразие на видове, генетично изчерпани от малки или фрагментирани популации. Има дори перспектива за връщане на изчезнали видове към живота и към старите им екологични роли в дивата природа.

(PS. Съжалявам, няма динозаври. „Не можеш да се клонираш от камък.“)

3. Последователност на генома

Високопроизводителното секвениране на генома създава референтен геном, който може да осигури основата за разбиране на генетично вид и може да действа като градивен елемент за генното инженерство в бъдеще. Няколко инициативи са фокусирани върху последователността на живота на Земята, създавайки ненадминат ресурс за улавяне на генетичното разнообразие на живота. Геном 10K, Fish-T1K (стенограми на 1000 риби) и проектът за геномите на птиците са забележителни примери.

Инструментите за бързо секвениране, с по-ниско покритие от референтния геном, могат да бъдат използвани за проучване на популациите с рентабилен ефект. Те могат да дадат представа за планирането на опазването, да подобрят регулирането на риболова и дивата природа и да подобрят резултатите от възстановяването.

Разширеното секвениране на генома позволява на изследователите да идентифицират генетични маркери, които предават резистентност към болести или други елементи на адаптивна фитнес.

4. Биоинформатика

Биоинформатиката - обединяването на обработката на данни, големите данни, изкуствения интелект и биологията - носи нови перспективи в начинанията за опазване. Той дава възможност за геномика, протеомика и транскриптомика - съответно науките за геномите, протеините и РНК транскриптите. Увеличаването на изчислителната мощност дава възможност за по-бърз анализ на генетичните прекурсори към адаптация, устойчивост към промените в околната среда и свързаност на дивите видове.

Изображение: Възстановяване и възстановяване

5. Редактиране на геном

Напредък като CRISPR направи редактирането на генома много по-прецизно и достъпно през последните пет години. Сега мениджърите на дивата природа имат целенасочен начин да активират резистентността към болести, която може да е в състояние на сън. Възможно е също така да се „генерират” генетични черти от друг вид, което позволява устойчивост на нови заболявания. Нещо повече, редактирането на геноми би могло да ускори развитието на крехки и застрашени коралови рифови системи, като ги направи по-устойчиви към по-топлите и киселинни океани.

6. Задвижване на гени

Нашествието на неместни видове вредители, като гризачи, диви прасета и насекоми, представлява значителна глобална заплаха за биологичното разнообразие, особено на малките острови, богати на биологично разнообразие. Традиционните подходи за ликвидиране на такива видове обикновено включват мощни биоциди, които могат да имат вредни ефекти извън целта. Новите генетични инструменти могат да помогнат.

Генният драйв е процесът, при който определен ген или вариант на ген се наследява с висока честота. Например, за да се реши проблемът с инвазивните гризачи, може да се приложи генов нагон, за да се промени половото съотношение на островна популация на плъхове, така че те да станат всички мъжки и да не успеят да се размножават. Напредъкът в тази технология може да позволи такива черти да бъдат регулируеми, регионални и обратими.

Технологията на генно задвижване може да премахне болестта. Изглежда възможно елиминирането на способността на комарите да пренасят човешки болести като малария, зика и денга, както и болести по дивата природа като малария по птиците.

Ако се прилагат отговорно, генните дискове представляват потенциално преобразуващ нов инструмент. Въпреки това, високото наследяване на устройството прави полевото приложение на технологията за генно задвижване разбираемо противоречиво. За щастие за запазване, няколко различни типа генетичен задвижване се разработват, като прилагат различни методики, за да се избегне разпространението на стремежа извън целевата популация.

7. Разширени репродуктивни технологии

Геномиката, усъвършенстваните репродуктивни техники и клонирането започват да се прилагат широко в сектора на животновъдството, особено при производството на бикове за говедовъдство и за най-добре представящите се конни атлети в поло и състезания. Когато има криоконсервирани тъкани, клонирането може да донесе ново генетично разнообразие на критично застрашени видове, както и на тези, които са претърпели през популацията. Клонирането дава нова надежда за няколко вида бозайници, включително черноногият порове в Северна Америка, букардото в Европа и северните бели носорози в Африка.

8. Двуверична РНК

Глобалната търговия и пътуванията по невнимание въвеждат гъбични заболявания на ландшафти и видове, които нямат развита защита. Новите геномни технологии предоставят набор от потенциални инструменти за предаване на устойчивост на болести и намаляване на вирулентността на инфекция. По-специално, късите, двуверижни РНК (dsRNA) се очертават като мощен инструмент за управление на болестта.

Имаше значителни търговски инвестиции за разработването на тази технология за борба с различни гъбични заболявания, които заплашват селскостопанското производство. dsRNAs предлагат ефективен, екологично чист начин за контрол на специфични патогенни видове с малко извънцелеви ефекти. Популациите на прилепите в Северна Америка са катастрофирали поради гъбичен патоген, известен като синдром на белия нос. Тази технология може да даде възможност на тези прилепи да оцелеят и да се възстановят.

9. Синтетични алтернативи на продуктите от дивата природа

Прекомерната употреба на природни продукти за биомедицинска и потребителска употреба продължава да причинява или заплашва изчезването. Синтетичната биология предлага нови методи на производство, за да измести търсенето на продукти от дивата природа. Например, раковите подкови, които се събират и отвеждат за уникален протеин, използван при тестването за безопасност на лекарства и ваксини за инжектиране, могат да бъдат заменени със синтетична алтернатива.

Изображение: Съживяване и възстановяване

Биоразнообразието в Четвъртата индустриална революция

Ново публично-частно партньорство, използващо иновациите в частния сектор, ръководството на публичния сектор и множество нови технологии може да помогне за модернизиране на инструментариума за опазване на биологичното разнообразие. Вниманието трябва също да бъде съсредоточено върху легитимността на биотехнологиите за опазване и развитието на консенсус около нейното използване.

С правилните генетични инструменти и партньорства може да успеем да обърнем прилива на изчезване.

Първоначално публикуван на www.weforum.org.