9 vynikajúcich genetických nástrojov, ktoré by mohli zachrániť biodiverzitu

Klonovanie by mohlo poskytnúť nádej pre kriticky ohrozené nosorožce severné. Obrázok: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain Národná rada pre oceánstvo maurícijskej vlády

Ryan Phelan Spoluzakladateľ a výkonný riaditeľ spoločnosti Revive & Restore

Thomas Maloney riaditeľ odboru ochrany prírody, oživenia a obnovy

Tento článok je súčasťou výročného zasadnutia Svetového ekonomického fóra

Čelíme globálnej kríze biodiverzity. Vedci odhadujú, že každý rok vyhynú desaťtisíce živočíšnych druhov. Podľa indexu Living Planet Index od roku 1970 takmer polovica svetovej biodiverzity zmizla.

Tieto znepokojujúce trendy nevykazujú žiadne známky spomalenia. Populácia a ekonomický rast, rozsiahle ničenie biotopov, invázne druhy, choroby voľne žijúcich živočíchov a zmena podnebia skutočne zvyšujú tlak.

Obrázok: Oživiť a obnoviť

Na ochranu biodiverzity našej planéty potrebujeme nové inovatívne prístupy. Našťastie, rýchly pokrok štvrtej priemyselnej revolúcie v oblasti biotechnológií je prísľubom. Nové genetické a biotechnologické nástroje sa už používajú v medicíne a poľnohospodárskych systémoch, najmä v kultúrach a domácich zvieratách. Biotechnológia napreduje ešte rýchlejším tempom ako Mooreov zákon, ktorý videl, že kapacita spracovania mikročipov sa každé dva roky zdvojnásobila, zatiaľ čo náklady klesli o polovicu.

Ako ukazuje Carlsonova krivka, náklady na sekvenovanie genómu klesli zo 100 miliónov dolárov v roku 2001 na dnešných menej ako 1 000 dolárov. Teraz dokážeme nielen rýchlejšie čítať biologický kód, ale aj písať a vytvárať s ním nové spôsoby.

Tu je deväť nových alebo vznikajúcich biotechnológií, ktoré by mohli pomôcť chrániť prírodu.

1. Biobanking a kryokonzervácia

Biobanky uchovávajú biologické vzorky na výskum a ako záložný zdroj na zachovanie genetickej diverzity. Medzi príklady patrí Zoo San Diego Frozen Zoo, Frozen Arch Archings a početné banky semien. Vzorky poskytujú tkanivá, bunkové línie a genetické informácie, ktoré môžu tvoriť základ pre obnovu a obnovu ohrozených druhov voľne žijúcich živočíchov. Aby sa to umožnilo, musí sa uskutočniť neustály odber biologických vzoriek z druhov, ktoré čelia vyhynutiu.

2. Starodávna DNA

Starodávna DNA (aDNA) je DNA, ktorá bola extrahovaná z exemplárov múzea alebo archeologických nálezísk až po tisíce rokov. DNA rýchlo degraduje, takže väčšina aDNA pochádza zo vzoriek mladších ako 50 000 rokov a zo studeného podnebia. Najstarší exemplár zaznamenaný s obnoviteľnou DNA je kôň objavený zo zamrznutej pôdy v kanadskom Yukone. Je datovaná od 560 000 do 780 000 rokov.

Na účely ochrany môže aDNA poskytnúť pohľad na evolúciu a populačnú genetiku a odhaliť škodlivé mutácie, ktoré sa časom vyvinuli. Môže nám to tiež umožniť obnoviť cenné „zaniknuté alely“ a vrátiť úplnú genetickú diverzitu druhom, ktoré boli geneticky vyčerpané malými alebo fragmentovanými populáciami. Existuje dokonca vyhliadka na obnovenie zaniknutých druhov k životu a na ich staré ekologické úlohy vo voľnej prírode.

(PS. Ospravedlňujeme sa, ale nie sú dinosaury. „Nemôžete klonovať z kameňa.“)

3. Sekvenovanie genómu

Vysoko výkonné sekvenovanie genómu vytvára referenčný genóm, ktorý môže poskytnúť základ pre genetické porozumenie druhu a môže v budúcnosti pôsobiť ako stavebné kamene pre genetické inžinierstvo. Niekoľko iniciatív sa zameriava na sekvenovanie života na Zemi a vytvára bezkonkurenčný zdroj na zachytenie genetickej rozmanitosti života. Genóm 10K, Fish-T1K (transkripty 1 000 rýb) a projekt Vtáčie genomy sú pozoruhodnými príkladmi.

Na nákladovo efektívne štúdium populácie je možné použiť nástroje rýchleho sekvencovania s nižším pokrytím ako referenčný genóm. Môžu poskytnúť prehľad o plánovaní ochrany, zlepšiť reguláciu rybolovu a voľne žijúcich živočíchov a zvýšiť výsledky obnovy.

Pokročilé sekvenovanie genómu umožňuje vedcom identifikovať genetické markery, ktoré sprostredkujú rezistenciu voči chorobám alebo iným prvkom adaptívnej zdatnosti.

4. Bioinformatika

Bioinformatika - zlúčenie spracovania údajov, veľkých údajov, umelej inteligencie a biológie - prináša nové perspektívy v úsilí o ochranu. Umožňuje genomiku, proteomiku a transkriptomiku - vedy o genómoch, proteínoch a transkriptoch RNA. Zvyšujúci sa výpočtový výkon umožňuje rýchlejšiu analýzu genetických prekurzorov pri adaptácii, odolnosti voči zmenám prostredia a príbuznosti divých druhov.

Obrázok: Oživiť a obnoviť

5. Úprava genómu

Vďaka pokrokom, ako je CRISPR, sa editácia genómu v posledných piatich rokoch stala oveľa presnejšou a dostupnejšou. Manažéri voľne žijúcich živočíchov teraz majú cielený spôsob, ako aktivovať odolnosť proti chorobám, ktoré môžu byť spiace. Je tiež možné „zaklopať“ genetické vlastnosti iného druhu, čo umožňuje rezistenciu na nové choroby. Úpravy genómu by navyše mohli urýchliť vývoj krehkých a ohrozených systémov koralových útesov, vďaka ktorým by boli odolnejšie voči teplejším a kyslejším oceánom.

6. Génová jednotka

Invázia nepôvodných druhov škodcov, ako sú hlodavce, diviaky a hmyz, je významnou globálnou hrozbou pre biodiverzitu, najmä na malých ostrovoch bohatých na biodiverzitu. Tradičné prístupy k eradikácii takýchto druhov zvyčajne zahŕňajú silné biocídy, ktoré môžu mať škodlivé účinky mimo cieľ. Môžu vám pomôcť nové genetické nástroje.

Génová jednotka je proces, ktorým sa určitý gén alebo variant génu zdedí pri vysokej frekvencii. Napríklad na vyriešenie problému invazívnych hlodavcov by sa mohla použiť génová jednotka na zmenu pomeru pohlaví ostrovnej populácie potkanov tak, aby sa stali samcami a aby sa nepestovali. Pokroky v tejto technológii môžu umožniť, aby takéto vlastnosti boli nastaviteľné, regionálne a reverzibilné.

Technológia génového pohonu by mohla chorobu odstrániť. Zdá sa, že je možné vylúčiť schopnosť komárov prenášať choroby ľudí, ako je malária, zika a horúčka dengue, ako aj choroby voľne žijúcich živočíchov, ako je vtáčia malária.

Ak sa zodpovedne použijú, predstavujú génové jednotky potenciálne nový transformačný nástroj. Avšak vysoká dedičnosť jednotky spôsobuje, že aplikácia technológie génovej jednotky v teréne je pochopiteľne kontroverzná. Našťastie z dôvodu ochrany sa vyvíja niekoľko rôznych typov génovej jednotky, ktorá využíva rôzne metodiky, aby sa zabránilo rozšíreniu jednotky mimo cieľovú populáciu.

7. Pokročilé reprodukčné technológie

Genomika, pokročilé reprodukčné techniky a klonovanie sa v odvetví chovu zvierat čoraz častejšie používajú, najmä pri produkcii býkov určených na chov hovädzieho dobytka a pre špičkových konských športovcov v póle a parkúrových pretekoch. Ak existujú tkanivá konzervované zmrazením, klonovanie môže priniesť novú genetickú diverzitu pre kriticky ohrozené druhy, ako aj pre tie, ktoré utrpeli úzkym profilom populácie. Klonovanie poskytuje novú nádej pre niekoľko druhov cicavcov, vrátane fretky čiernej v Severnej Amerike, bucardo v Európe a severného bieleho nosorožca v Afrike.

8. Dvojvláknová RNA

Globálny obchod a cestovanie neúmyselne zavádzajú plesňové choroby do krajiny a druhov, ktorým chýba rozvinutá obrana. Nové genómové technológie poskytujú súbor potenciálnych nástrojov na sprostredkovanie rezistencie na choroby a zníženie virulencie infekcie. Najmä krátke dvojreťazcové RNA (dsRNAs) sa objavujú ako účinný nástroj na riadenie chorôb.

Do vývoja tejto technológie na kontrolu rôznych hubových chorôb, ktoré ohrozujú poľnohospodársku výrobu, sa vynaložili značné obchodné investície. dsRNA ponúkajú efektívny spôsob šetrný k životnému prostrediu na kontrolu špecifických patogénnych druhov s malými účinkami mimo cieľ. Populácie netopierov v Severnej Amerike havarovali v dôsledku fungálneho patogénu známeho ako syndróm bielych nosov. Táto technológia by mohla týmto netopierom prežiť a zotaviť sa.

9. Syntetické alternatívy k prírodným produktom

Nadmerné používanie prírodných produktov na biomedicínske a spotrebiteľské použitie naďalej spôsobuje alebo hrozí vyhynutie. Syntetická biológia ponúka nové výrobné metódy na nahradenie dopytu po výrobkoch z voľne žijúcich živočíchov. Napríklad kraby podkovy, ktoré sa zbierajú a vykrvácajú sa pre jedinečný proteín používaný pri testovaní bezpečnosti injekčných liekov a vakcín, by sa mohli nahradiť syntetickou alternatívou.

Obrázok: Oživiť a obnoviť

Biodiverzita vo štvrtej priemyselnej revolúcii

Modernizácia súboru nástrojov na ochranu biodiverzity by mohla pomôcť novému verejno-súkromnému partnerstvu, ktoré by využilo inovácie súkromného sektora, správu verejného sektora a množstvo nových technológií. Pozornosť sa musí tiež zamerať na legitimitu biotechnológie z hľadiska ochrany a na dosiahnutie konsenzu o jej použití.

So správnymi genetickými nástrojmi a partnerstvami môžeme byť schopní zvrátiť príliv po vyhynutí.

Pôvodne uverejnené na www.weforum.org.