9 δροσερά γενετικά εργαλεία που θα μπορούσαν να σώσουν τη βιοποικιλότητα

Η κλωνοποίηση θα μπορούσε να προσφέρει ελπίδα για κρίσιμους απειλούμενους λευκούς ρινόκερους. Εικόνα: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain National Ocean Council της κυβέρνησης του Μαυρίκιου

Ryan Phelan Συνιδρυτής και Εκτελεστικός Διευθυντής, Revive & Restore

Thomas Maloney Διευθυντής Επιστήμης Διατήρησης, Αναβίωση και Επαναφορά

Αυτό το άρθρο είναι μέρος της ετήσιας συνάντησης του Παγκόσμιου Οικονομικού Φόρουμ

Αντιμετωπίζουμε μια παγκόσμια κρίση βιοποικιλότητας. Δεκάδες χιλιάδες είδη ζώων εξαφανίζονται κάθε χρόνο, εκτιμούν οι επιστήμονες. Σχεδόν το ήμισυ της βιοποικιλότητας στον κόσμο έχει εξαφανιστεί από τη δεκαετία του 1970, σύμφωνα με τον Δείκτη Ζωντανών Πλανητών.

Αυτές οι ανησυχητικές τάσεις δεν δείχνουν κανένα σημάδι επιβράδυνσης. Πράγματι, ο πληθυσμός και η οικονομική ανάπτυξη, η εκτεταμένη καταστροφή ενδιαιτημάτων, τα χωροκατακτητικά είδη, οι ασθένειες της άγριας πανίδας και η κλιματική αλλαγή αυξάνουν την πίεση.

Εικόνα: Αναβίωση και επαναφορά

Για να προστατέψουμε τη βιοποικιλότητα του πλανήτη μας, χρειαζόμαστε καινοτόμες νέες προσεγγίσεις. Ευτυχώς, οι γρήγορες εξελίξεις της τέταρτης βιομηχανικής επανάστασης στη βιοτεχνολογία υπόσχονται. Νέα εργαλεία γενετικής και βιοτεχνολογίας χρησιμοποιούνται ήδη στην ιατρική και στα γεωργικά συστήματα, ιδίως σε καλλιέργειες και κατοικίδια ζώα. Η βιοτεχνολογία προχωρά με ταχύτερο ρυθμό από εκείνο του νόμου του Moore, ο οποίος έβλεπε διπλή ισχύ επεξεργασίας μικροτσίπ κάθε δύο χρόνια, ενώ το κόστος μειώθηκε κατά το ήμισυ.

Όπως δείχνει η παραπάνω καμπύλη Carlson, το κόστος της αλληλουχίας ενός γονιδιώματος έχει μειωθεί από 100 εκατομμύρια δολάρια το 2001 σε κάτω από 1000 $ σήμερα. Τώρα είμαστε σε θέση όχι μόνο να διαβάζουμε τον βιολογικό κώδικα πιο γρήγορα, αλλά και να γράφουμε και να σχεδιάζουμε μαζί του με νέους τρόπους.

Εδώ είναι εννέα νέες ή αναδυόμενες βιοτεχνολογίες που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη διαφύλαξη της φύσης.

1. Βιο τραπεζικές συναλλαγές και κρυοσυντήρηση

Οι Biobanks αποθηκεύουν βιολογικά δείγματα για έρευνα και ως εφεδρικό πόρο για τη διατήρηση της γενετικής ποικιλομορφίας. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τον παγωμένο ζωολογικό κήπο του Σαν Ντιέγκο, τα έργα Frozen Ark και πολλές τράπεζες σπόρων. Τα δείγματα παρέχουν ιστούς, κυτταρικές γραμμές και γενετικές πληροφορίες που μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για την αποκατάσταση και ανάκτηση της απειλούμενης άγριας ζωής. Για να γίνει αυτό, πρέπει να πραγματοποιηθεί συνεχής συλλογή βιολογικών δειγμάτων από είδη που αντιμετωπίζουν εξαφάνιση.

2. Αρχαίο DNA

Το αρχαίο DNA (aDNA) είναι DNA που έχει εξαχθεί από μουσεία ή αρχαιολογικούς χώρους έως και χιλιάδων ετών. Το DNA υποβαθμίζεται γρήγορα, οπότε τα περισσότερα aDNA προέρχονται από δείγματα ηλικίας κάτω των 50.000 ετών και από ψυχρά κλίματα. Το παλαιότερο δείγμα που καταγράφηκε με ανακτήσιμο DNA είναι ένα άλογο που ανακαλύφθηκε από παγωμένο έδαφος στο Yukon του Καναδά. Χρονολογείται μεταξύ 560.000 έως 780.000 ετών.

Για λόγους διατήρησης, το aDNA μπορεί να δώσει πληροφορίες για την εξέλιξη και τη γενετική του πληθυσμού και να αποκαλύψει επιβλαβείς μεταλλάξεις που έχουν αναπτυχθεί με την πάροδο του χρόνου. Μπορεί επίσης να μας επιτρέψει να ανακτήσουμε πολύτιμα «εξαφανισμένα αλληλόμορφα», να επιστρέψουμε την πλήρη γενετική ποικιλομορφία σε είδη που έχουν γενετικά εξαντληθεί από μικρούς ή κατακερματισμένους πληθυσμούς. Υπάρχει ακόμη και η προοπτική της επιστροφής εξαφανισμένων ειδών στη ζωή και στους παλιούς οικολογικούς ρόλους τους στη φύση.

(PS. Συγγνώμη, όχι δεινόσαυροι. "Δεν μπορείτε να κλωνοποιήσετε από πέτρα.")

3. Αλληλουχία γονιδιώματος

Η αλληλουχία γονιδιώματος υψηλής απόδοσης δημιουργεί ένα γονιδίωμα αναφοράς που μπορεί να παρέχει τα θεμέλια για την κατανόηση ενός είδους γενετικά και μπορεί να λειτουργήσει ως δομικά στοιχεία για τη γενετική μηχανική στο μέλλον. Αρκετές πρωτοβουλίες εστιάζονται στην αλληλουχία της ζωής στη Γη, δημιουργώντας έναν απαράμιλλο πόρο για να συλλάβει τη γενετική ποικιλομορφία της ζωής. Το Genome 10K, το Fish-T1K (transcriptomes of 1,000 fishes) και το Avian Genomes Project είναι αξιοσημείωτα παραδείγματα.

Τα εργαλεία ταχείας αλληλούχησης, με χαμηλότερη κάλυψη από ένα γονιδίωμα αναφοράς, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη των πληθυσμών με οικονομικά αποδοτικό τρόπο. Μπορούν να παρέχουν πληροφορίες για τον προγραμματισμό της διατήρησης, να βελτιώσουν τη ρύθμιση της αλιείας και της άγριας ζωής και να βελτιώσουν τα αποτελέσματα της αποκατάστασης.

Η προηγμένη αλληλουχία γονιδιώματος επιτρέπει στους ερευνητές να εντοπίζουν γενετικούς δείκτες που μεταφέρουν αντίσταση σε ασθένειες ή άλλα στοιχεία προσαρμοστικής ικανότητας.

4. Βιοπληροφορική

Η βιοπληροφορική - η συγχώνευση της επεξεργασίας δεδομένων, των μεγάλων δεδομένων, της τεχνητής νοημοσύνης και της βιολογίας - φέρνει νέες προοπτικές για τις προσπάθειες διατήρησης. Επιτρέπει τη γονιδιωματική, την πρωτεομική και τη μεταγραφική - τις επιστήμες των γονιδιωμάτων, των πρωτεϊνών και των μεταγραφών RNA, αντίστοιχα. Η αύξηση της υπολογιστικής ισχύος επιτρέπει την ταχύτερη ανάλυση των γενετικών προδρόμων στην προσαρμογή, την ανθεκτικότητα στις περιβαλλοντικές αλλαγές και τη συγγένεια σε άγρια ​​είδη.

Εικόνα: Αναβίωση & επαναφορά

5. Επεξεργασία γονιδιώματος

Πρόοδοι όπως το CRISPR έχουν κάνει την επεξεργασία γονιδιώματος πολύ πιο ακριβή και προσβάσιμη τα τελευταία πέντε χρόνια. Οι διαχειριστές της άγριας ζωής έχουν τώρα έναν στοχευμένο τρόπο για να ενεργοποιήσουν την αντίσταση στις ασθένειες που μπορεί να είναι αδρανής. Είναι επίσης δυνατό να «χτυπήσετε» γενετικά χαρακτηριστικά από άλλο είδος, επιτρέποντας την αντίσταση σε νέες ασθένειες. Επιπλέον, η επεξεργασία γονιδιώματος μπορεί να επιταχύνει την ανάπτυξη εύθραυστων και απειλούμενων συστημάτων κοραλλιογενών υφάλων, καθιστώντας τα πιο ανθεκτικά στους θερμότερους και πιο όξινους ωκεανούς.

6. Κίνηση γονιδίων

Η εισβολή μη φυσικών ειδών παρασίτων, όπως τρωκτικά, άγριοι χοίροι και έντομα, αποτελεί σημαντική παγκόσμια απειλή για τη βιοποικιλότητα, ειδικά σε μικρά νησιά πλούσια σε βιοποικιλότητα. Οι παραδοσιακές προσεγγίσεις για την εξάλειψη τέτοιων ειδών συνήθως περιλαμβάνουν ισχυρά βιοκτόνα που μπορούν να έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις εκτός στόχου. Νέα γενετικά εργαλεία μπορεί να βοηθήσουν.

Μια κίνηση γονιδίων είναι η διαδικασία με την οποία ένα συγκεκριμένο γονίδιο ή μια παραλλαγή γονιδίου κληρονομείται σε υψηλή συχνότητα. Για παράδειγμα, για την αντιμετώπιση του προβλήματος των διεισδυτικών τρωκτικών, θα μπορούσε να εφαρμοστεί μια γονιδιακή ορμή για να μεταβληθεί η αναλογία φύλου ενός νησιωτικού πληθυσμού αρουραίων, ώστε να γίνουν όλοι αρσενικοί και να μην αναπαραχθούν. Οι εξελίξεις σε αυτήν την τεχνολογία μπορούν να επιτρέψουν σε αυτά τα χαρακτηριστικά να είναι ρυθμιζόμενα, περιφερειακά και αναστρέψιμα.

Η τεχνολογία της γονιδιακής κίνησης θα μπορούσε να εξαλείψει τις ασθένειες. Φαίνεται πιθανό να εξαλειφθεί η ικανότητα ενός κουνουπιού να μεταφέρει ανθρώπινες ασθένειες όπως ελονοσία, ζίκα και πυρετός του δάγκειου πυρετού, καθώς και ασθένειες άγριων ζώων όπως η ελονοσία των πτηνών.

Εάν εφαρμόζονται υπεύθυνα, οι μονάδες γονιδίων αντιπροσωπεύουν ένα δυνητικά μετασχηματισμένο νέο εργαλείο. Ωστόσο, η υψηλή κληρονομικότητα της μονάδας δίσκου καθιστά κατανοητά αμφιλεγόμενη την εφαρμογή πεδίου της τεχνολογίας γονιδιακής κίνησης. Ευτυχώς για διατήρηση, αναπτύσσονται διάφοροι τύποι γονιδιακής κίνησης, αναπτύσσοντας διαφορετικές μεθοδολογίες για να αποφευχθεί η εξάπλωση της κίνησης πέρα ​​από τον πληθυσμό-στόχο.

7. Προηγμένες αναπαραγωγικές τεχνολογίες

Η γονιδιωματική, οι προηγμένες τεχνικές αναπαραγωγής και η κλωνοποίηση εφαρμόζονται ευρέως στον τομέα της κτηνοτροφίας, ιδίως στην παραγωγή ταύρων για εκτροφή βοοειδών και για αθλητές ιπποειδών με κορυφαίες επιδόσεις στο πόλο και το showjumping. Όταν υπάρχουν κρυοσυντηρημένοι ιστοί, η κλωνοποίηση μπορεί να φέρει νέα γενετική ποικιλομορφία σε κρίσιμα απειλητικά είδη, καθώς και σε εκείνα που έχουν υποφέρει μέσω συμφόρησης πληθυσμού. Η κλωνοποίηση παρέχει νέα ελπίδα για πολλά είδη θηλαστικών, όπως το κουνάβι με μαύρο πόδι στη Βόρεια Αμερική, το bucardo στην Ευρώπη και τον βόρειο λευκό ρινόκερο στην Αφρική.

8. Δίκλωνο RNA

Το παγκόσμιο εμπόριο και τα ταξίδια εισάγουν κατά λάθος μυκητιασικές ασθένειες σε τοπία και είδη που δεν διαθέτουν εξελιγμένη άμυνα. Οι νέες τεχνολογίες γονιδιωματικής παρέχουν μια σειρά πιθανών εργαλείων για τη μετάδοση της αντίστασης στις ασθένειες και τη μείωση της μολυσματικότητας μιας λοίμωξης. Συγκεκριμένα, σύντομα, δίκλωνα RNAs (dsRNAs) εμφανίζονται ως ένα ισχυρό εργαλείο διαχείρισης ασθενειών.

Υπήρξε σημαντική εμπορική επένδυση για την ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας για τον έλεγχο διαφόρων μυκητιακών ασθενειών που απειλούν τη γεωργική παραγωγή. Τα dsRNA προσφέρουν έναν αποτελεσματικό, φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο για τον έλεγχο συγκεκριμένων παθογόνων ειδών με λίγα αποτελέσματα εκτός στόχου. Οι πληθυσμοί νυχτερίδων στη Βόρεια Αμερική έχουν καταρρεύσει λόγω μυκητιακού παθογόνου που είναι γνωστό ως σύνδρομο λευκής μύτης. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να επιτρέψει σε αυτά τα νυχτερίδες να επιβιώσουν και να ανακάμψουν.

9. Συνθετικές εναλλακτικές λύσεις για προϊόντα άγριας πανίδας

Η υπερβολική χρήση φυσικών προϊόντων για βιοϊατρική και καταναλωτική χρήση συνεχίζει να προκαλεί ή να απειλεί εξαφάνιση. Η συνθετική βιολογία προσφέρει νέες μεθόδους παραγωγής για να αντικαταστήσει τη ζήτηση για προϊόντα άγριας πανίδας. Για παράδειγμα, τα καβούρια του πέταλου, τα οποία συλλέγονται και αιμορραγούν για μια μοναδική πρωτεΐνη που χρησιμοποιείται στον έλεγχο ασφάλειας των ενέσιμων φαρμάκων και εμβολίων, θα μπορούσαν να αντικατασταθούν από μια συνθετική εναλλακτική λύση.

Εικόνα: Αναβίωση και επαναφορά

Βιοποικιλότητα στην τέταρτη βιομηχανική επανάσταση

Μια νέα εταιρική σχέση δημόσιου-ιδιωτικού τομέα, η αξιοποίηση της καινοτομίας του ιδιωτικού τομέα, η διαχείριση του δημόσιου τομέα και πολλές νέες τεχνολογίες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον εκσυγχρονισμό της εργαλειοθήκης για τη διατήρηση της βιοποικιλότητας. Η προσοχή πρέπει επίσης να εστιαστεί στη νομιμότητα της βιοτεχνολογίας για τη διατήρηση και στην ανάπτυξη συναίνεσης σχετικά με τη χρήση της.

Με τα σωστά γενετικά εργαλεία και συνεργασίες, ενδέχεται να είμαστε σε θέση να μετατρέψουμε την παλίρροια στην εξαφάνιση.

Αρχικά δημοσιεύθηκε στο www.weforum.org.