9 lahedat geneetilist tööriista, mis päästaks bioloogilist mitmekesisust

Kloonimine võib anda lootust kriitiliselt ohustatud valgete ninasarvikute jaoks. Pilt: REUTERS / Christian Hartmann

Mauritiuse valitsuse Nishan Degnaraini rahvuslik ookeaninõukogu

Ryan Phelan, asutaja ja tegevdirektor, elustamine ja taastamine

Thomas Maloney Loodusteaduste, elustamise ja taastamise direktor

See artikkel on osa maailma majandusfoorumi aastakoosolekust

Oleme silmitsi ülemaailmse bioloogilise mitmekesisuse kriisiga. Teadlaste hinnangul sureb igal aastal kümneid tuhandeid loomaliike. Elava planeedi indeksi järgi on 1970. aastatest alates kadunud peaaegu pool maailma bioloogilisest mitmekesisusest.

Need murettekitavad suundumused ei näita aeglustumise märke. Tõepoolest, survet suurendavad rahvaarv ja majanduskasv, elupaikade laialdane hävitamine, sissetungivad liigid, eluslooduse haigused ja kliimamuutused.

Pilt: taaselustada ja taastada

Meie planeedi bioloogilise mitmekesisuse kaitsmiseks vajame uusi uuenduslikke lähenemisviise. Õnneks on neljanda tööstusrevolutsiooni kiire areng biotehnoloogia alal lootustandev. Uusi geneetilisi ja biotehnoloogiavahendeid kasutatakse juba meditsiinis ja põllumajandussüsteemides, eriti põllukultuuride ja koduloomade puhul. Biotehnoloogia areneb veelgi kiiremini kui Moore'i seaduses, kus nähti, et mikrokiipide töötlemise võimsus kahekordistub iga kahe aasta tagant, samal ajal kui kulud langesid poole võrra.

Nagu ülaltoodud Carlsoni kõver näitab, on genoomi sekveneerimise kulud langenud 100 miljonilt dollarilt 2001. aastal alla 1000 dollarini. Nüüd oleme võimelised bioloogilist koodi mitte ainult kiiremini lugema, vaid ka sellega uut moodi kirjutama ja kujundama.

Siin on üheksa uut või tekkivat biotehnoloogiat, mis võiksid aidata loodust kaitsta.

1. Biopangad ja krüosäilitus

Biopangad säilitavad bioloogilisi proove teadusuuringuteks ja varuressursina geneetilise mitmekesisuse säilitamiseks. Näideteks on San Diego külmutatud loomaaed, projektid "Frozen Ark" ja arvukad seemnepangad. Proovid pakuvad kudesid, rakuliini ja geneetilist teavet, mis võivad olla aluseks ohustatud eluslooduse taastamisele ja taastamisele. Selle võimaldamiseks tuleb pidevalt väljasuremist ootavatelt liikidelt võtta bioloogilisi proove.

2. Iidne DNA

Iidne DNA (aDNA) on DNA, mis on kaevandatud muuseumi eksemplaridest või arheoloogilistest leiukohtadest kuni tuhande aasta vanuseni. DNA laguneb kiiresti, nii et enamik aDNA pärineb noorematest kui 50 000 aasta vanustest proovidest ja külmas kliimas. Vanim uuritava DNA-ga registreeritud isend on Kanadas Yukonis külmunud maapinnast välja kasvanud hobune. See on dateeritud vahemikku 560 000–780 000 aastat vana.

Kaitsmise eesmärgil võib aDNA anda ülevaate evolutsioonist ja populatsioonigeneetikast ning paljastada aja jooksul tekkinud kahjulikke mutatsioone. Samuti võib see võimaldada meil taastada väärtuslikud väljasurnud alleelid ja taastada liikide täielik geneetiline mitmekesisus, mille väikesed või killustatud populatsioonid on geneetiliselt kahandanud. On isegi väljasurevate liikide elu ja looduses nende vanade ökoloogiliste rollide taastamise võimalus.

(PS. Vabandust, dinosauruseid pole. "Te ei saa kivist kloonida.")

3. Genoomi järjestamine

Suure läbilaskevõimega genoomi järjestamine loob võrdlusgenoomi, mis võib anda aluse liigi geneetiliselt mõistmiseks ja tulevikus toimida geenitehnoloogia alusmaterjalina. Mitmed algatused on keskendunud elu järjestamisele Maal, luues ületamatu ressursi elu geneetilise mitmekesisuse hõivamiseks. Märkimisväärsed näited on genoom 10K, Fish-T1K (1000 kala transkriptid) ja lindude genoomide projekt.

Populatsioonide kuluefektiivseks uurimiseks saab kasutada kiire sekveneerimise vahendeid, mille katvus on võrdlusgenoomist madalam. Need võivad anda ülevaate kaitse kavandamisest, parandada kalanduse ja eluslooduse reguleerimist ning parandada taastamistulemusi.

Täiustatud genoomi järjestamine võimaldab teadlastel tuvastada geneetilisi markereid, mis annavad edasi haiguste resistentsust või muid adaptiivse võimekuse elemente.

4. Bioinformaatika

Bioinformaatika - andmetöötluse, suurandmete, tehisintellekti ja bioloogia ühendamine - toob kaitseperspektiividele kaasa uued perspektiivid. See võimaldab genoomikat, proteoomikat ja transkriptoomikat - vastavalt genoomide, valkude ja RNA transkriptide teadusi. Suurenev arvutusvõimsus võimaldab kiiremini analüüsida geneetiliste eellaste kohanemisvõimet, vastupidavust keskkonnamuutustele ja looduslike liikide seotust.

Pilt: elustamine ja taastamine

5. Geenivaramu redigeerimine

CRISPR-i taolised edusammud on viimase viie aasta jooksul muutnud genoomi redigeerimise palju täpsemaks ja kättesaadavamaks. Metsloomade haldajatel on nüüd sihipärane viis aktiveerida haigusseisund, mis võib jääda seisma. Samuti on võimalik teise liigi geneetilisi jooni "sisse lüüa", võimaldades resistentsust uute haiguste vastu. Lisaks võiks genoomi redigeerimine kiirendada habraste ja ohustatud korallrifide süsteemide arengut, muutes need vastupidavamaks soojemate ja happeliste ookeanide suhtes.

6. Geeniajam

Võõrkeelsete kahjuriliikide, näiteks näriliste, metssigade ja putukate sissetung on oluline ülemaailmne oht bioloogilisele mitmekesisusele, eriti bioloogilise mitmekesisusega rikastele väikesaartele. Traditsioonilised lähenemisviisid selliste liikide likvideerimiseks hõlmavad tavaliselt võimsaid biotsiide, millel võib olla kahjulik sihtrühmaväline mõju. Võib aidata uusi geneetilisi vahendeid.

Geenivahetus on protsess, mille käigus päritakse konkreetne geen või geenivariant suure sagedusega. Näiteks invasiivsete näriliste probleemiga tegelemiseks võiks rakendada geenipüüdmist, et muuta rottide saarepopulatsiooni sooline suhe nii, et neist saaks kõik isased ja nad ei saaks sigida. Selle tehnoloogia areng võib lubada, et sellised omadused oleksid reguleeritavad, piirkondlikud ja pöörduvad.

Geenitehnoloogia abil saaks haigused likvideerida. Võimalik on välistada sääse võime kanda inimeste haigusi nagu malaaria, zika ja denguepalavik, aga ka eluslooduse haigusi nagu linnumalaaria.

Kui vastutustundlikult rakendatakse, kujutavad geeniajamid potentsiaalselt transformatiivset uut tööriista. Ajami suur pärand muudab geenide ajamite tehnoloogia põllul rakendamise arusaadavalt vaieldavaks. Konserveerimise õnneks on väljatöötamisel mitu erinevat tüüpi geenitarvitamist, rakendades erinevaid metoodikaid, et vältida draivi levikut sihtrühmast kaugemale.

7. Täiustatud reproduktiivtehnoloogiad

Genoomikat, täiustatud paljunemisviise ja kloonimist kasutatakse loomakasvatussektoris laialdaselt, eriti veisekasvatuse pullide tootmisel ning hobuste tippsportlastel polos ja näitusetripis. Külmreserveeritud kudede olemasolul võib kloonimine tuua uue geneetilise mitmekesisuse nii kriitiliselt mõjutatud liikidele kui ka neile, kes on elanikkonna kitsaskoha tõttu kannatanud. Kloonimine annab uue lootuse mitmele imetajaliigile, sealhulgas mustjalgsele tuhkrule Põhja-Ameerikas, bucardole Euroopas ja põhjapoolsele valgele ninasarvikule Aafrikas.

8. Kaheahelaline RNA

Globaalne kaubandus ja reisimine tutvustavad seenhaigusi tahtmatult maastikele ja liikidele, millel puudub väljaarendatud kaitse. Uued genoomitehnoloogiad pakuvad komplekti potentsiaalseid vahendeid haiguste resistentsuse edastamiseks ja nakkuse virulentsuse vähendamiseks. Eelkõige on lühikese kaheahelalised RNA-d (dsRNA-d) kujunemas võimsaks haiguste ohjamise vahendiks.

Selle tehnoloogia arendamiseks on põllumajandustoodete tootmist ohustavate mitmesuguste seenhaiguste tõrje tehnoloogia arendamiseks tehtud märkimisväärseid ärilisi investeeringuid. dsRNA-d pakuvad tõhusat, keskkonnasõbralikku viisi konkreetsete patogeensete liikide tõrjeks, millel on vähe sihtmärgivälist mõju. Põhja-Ameerika nahkhiirte populatsioonid on kukkunud seenhaiguse patogeeni, mida nimetatakse valge nina sündroomiks, tõttu. See tehnoloogia võimaldaks nahkhiirtel ellu jääda ja taastuda.

9. Loodustoodete sünteetilised alternatiivid

Looduslike toodete liigtarbimine biomeditsiini ja tarbija jaoks põhjustab endiselt väljasuremist või ähvardab seda. Sünteetiline bioloogia pakub uusi tootmismeetodeid, et vähendada nõudlust eluslooduse toodete järele. Näiteks võib hobuserabakrabid, mille koristamisel ja verest vabastatakse ainulaadne valk, mida kasutatakse süstitavate ravimite ja vaktsiinide ohutuse testimisel, asendada sünteetilise alternatiiviga.

Pilt: taaselustada ja taastada

Bioloogiline mitmekesisus neljandas tööstusrevolutsioonis

Uus avaliku ja erasektori partnerlus, erasektori innovatsiooni, avaliku sektori halduse ja mitmete uute tehnoloogiate rakendamine võiks aidata kaasa bioloogilise mitmekesisuse säilitamise tööriistakasti moderniseerimisele. Tähelepanu tuleb pöörata ka biotehnoloogia legitiimsusele säilitamisel ja konsensuse väljatöötamisele selle kasutamise osas.

Õigete geneetiliste tööriistade ja partnerlussuhete abil suudame suundumuse väljasuremisele pöörata.

Algselt avaldati veebisaidil www.weforum.org.