9 cool genetskih alata koji mogu uštedjeti biološku raznolikost

Kloniranje bi moglo pružiti nadu za kritično ugrožene sjeverne bijele nosoroge. Slika: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain Nacionalno vijeće za oceane vlade Mauricijusa

Ryan Phelan suosnivač i izvršni direktor, Revive & Restore

Thomas Maloney, direktor znanosti o očuvanju, oživljavanju i restauraciji

Ovaj je članak dio godišnjeg sastanka Svjetskog ekonomskog foruma

Suočeni smo s globalnom krizom biološke raznolikosti. Deseci tisuća životinjskih vrsta izumiru svake godine, procjenjuju znanstvenici. Gotovo polovica svjetske bioraznolikosti nestala je od 1970-ih, prema indeksu Living Planet.

Ovi zabrinjavajući trendovi ne pokazuju znakove usporavanja. Doista, populacija i gospodarski rast, raširena uništavanja staništa, invazivne vrste, bolesti divljih životinja i klimatske promjene povećavaju pritisak.

Slika: Oživite i vratite

Za očuvanje bioraznolikosti našeg planeta potrebni su nam novi inovativni pristupi. Srećom, brzi napredak biotehnologije na četvrtoj industrijskoj revoluciji obećava. Novi medicinski i biotehnološki alati već se koriste u medicini i poljoprivrednim sustavima, posebno u usjevima i domaćim životinjama. Biotehnologija napreduje još bržim brzinama nego Mooreov zakon, koji je vidio da se snaga obrade mikročipa udvostručuje svake dvije godine, dok su troškovi opali za pola.

Kao što pokazuje Carlsonova krivulja gore, cijena sekvenciranja genoma pala je sa 100 milijuna dolara 2001. godine na danas ispod 1000 dolara. Sada smo u stanju ne samo brže čitati biološki kod, nego i pisati i dizajnirati s njim na nove načine.

Evo devet novih ili novijih biotehnologija koje bi mogle pomoći očuvanju prirode.

1. Biobanking i krio-očuvanje

Biobanke pohranjuju biološke uzorke za istraživanje i kao rezervni resurs za očuvanje genetske raznolikosti. Primjeri uključuju zamrznuti zoološki vrt San Diego, projekte Frozen Ark i brojne semenske banke. Uzorci pružaju tkiva, stanične linije i genetsku informaciju koja može biti osnova za obnovu i oporavak ugroženih divljih životinja. Da bi se to omogućilo mora se provoditi neprestano prikupljanje bioloških uzoraka od vrsta koje su suočene sa izumiranjem.

2. Drevni DNK

Drevna DNK (aDNA) je DNK koja je izvađena iz muzejskih primjeraka ili arheoloških nalazišta starih više tisuća godina. DNK se razgrađuje brzo, tako da većina aDNA dolazi iz uzoraka mlađih od 50 000 godina i iz hladne klime. Najstariji primjerak zabilježen s povratnom DNK je konj iskopan iz smrznutog tla u Yukonu, Kanada. Datiran je između 560.000 i 780.000 godina.

U svrhu očuvanja, aDNA može dati uvid u evoluciju i populacijsku genetiku i otkriti štetne mutacije koje su se razvile tijekom vremena. Također nam može omogućiti da povratimo vrijedne „izumrle alele“, da vratimo potpunu genetsku raznolikost vrstama koje su male ili fragmentirane populacije genetski osiromašile. Postoji čak i mogućnost vraćanja izumrlih vrsta u život i stare ekološke uloge u divljini.

(PS. Oprosti, nema dinosaura. „Ne možeš se klonirati od kamena.“)

3. Sekvence genoma

Sekvenciranje genoma visoke propusnosti stvara referentni genom koji može pružiti temelj za genetsko razumijevanje vrste i može djelovati kao građevni blok za genetsko inženjerstvo u budućnosti. Nekoliko inicijativa usredotočeno je na sekvenciranje života na Zemlji, stvaranje neprevaziđenog resursa za snimanje genetske raznolikosti života. Genome 10K, Fish-T1K (transkripti 1.000 riba) i Ptičiji genski projekt uočljivi su primjeri.

Alat za brzo sekvenciranje, s nižom pokrivenošću od referentnog genoma, može se koristiti za ekonomično proučavanje populacija. Mogu pružiti uvid u planiranje zaštite, poboljšati ribarstvo i regulaciju divljih životinja te poboljšati rezultate obnove.

Napredno sekvenciranje genoma omogućuje istraživačima da identificiraju genetske markere koji prenose otpornost na bolest ili druge elemente prilagodljive kondicije.

4. Bioinformatika

Bioinformatika - spajanje obrade podataka, velikih podataka, umjetne inteligencije i biologije - donosi nove perspektive u nastojanjima očuvanja. Omogućuje genomiku, proteomiku i transkriptomiju - znanost o genomima, proteinima i RNA transkriptima. Povećavanje računalne snage omogućava bržu analizu genetskih prekursora za prilagodbu, otpornost na promjene u okolišu i povezanost s divljim vrstama.

Slika: Oživi i obnovi

5. Uređivanje genoma

Napredakima poput CRISPR-a učinio je uređivanje genoma mnogo preciznijim i dostupnijim u posljednjih pet godina. Menadžeri divljih životinja sada imaju ciljani način aktiviranja otpornosti na bolesti koje mogu biti u stanju mirovanja. Također je moguće „ubaciti“ genetske osobine druge vrste, što omogućava otpornost na nove bolesti. Štoviše, uređivanje genoma moglo bi ubrzati razvoj krhkih i ugroženih sustava koralnih grebena, čineći ih otpornijima na toplije i kiselije oceane.

6. Pogon gena

Invazija tuđih vrsta štetočina, poput glodavaca, divljih svinja i insekata, predstavlja značajnu globalnu prijetnju biološkoj raznolikosti, posebno na malim otocima bogatim biološkom raznolikošću. Tradicionalni pristupi iskorjenjivanju takvih vrsta obično uključuju snažne biocide koji mogu imati štetne efekte izvan cilja. Novi genetski alati mogu pomoći.

Pogon gena je proces kojim se određeni gen ili varijanta gena nasljeđuje na visokoj frekvenciji. Na primjer, da bi se riješio problem invazivnih glodavaca, može se primijeniti genski nagon da se promijeni omjer spola otočne populacije štakora tako da postanu svi mužjaci i ne uspijevaju se uzgajati. Napredak u ovoj tehnologiji može omogućiti da takve osobine budu podesive, regionalne i reverzibilne.

Tehnologija genskog pogona mogla bi iskorijeniti bolest. Izgleda da je moguće eliminirati sposobnost komaraca za prenošenje ljudskih bolesti poput malarije, zika i groznice denge, kao i bolesti divljih životinja poput ptičje malarije.

Ako se primjenjuju odgovorno, genski pogoni predstavljaju potencijalno transformirajući novi alat. No, zbog velike nasljednosti pogona primjena tehnologije genskog pogona na terenu čini razumljivo kontroverznom. Srećom radi očuvanja, u razvoju je nekoliko različitih vrsta genskog nagona koji primjenjuju različite metodologije za izbjegavanje širenja pogona izvan ciljne populacije.

7. Napredne reproduktivne tehnologije

Genomika, napredne reproduktivne tehnike i kloniranje postaju široko primjenjeni u sektoru stočarstva, posebno u proizvodnji bikova za stočarstvo i vrhunskim kopitarima u polou i showjumpingu. Kada postoje krioservirana tkiva, kloniranje može donijeti novu genetsku raznolikost kritično ugroženim vrstama, kao i onima koje su pretrpjele usko grlo u populaciji. Kloniranje pruža novu nadu za nekoliko vrsta sisavaca, uključujući crnokosih divota u Sjevernoj Americi, bukardu u Europi i sjeverni bijeli nosorog u Africi.

8. Dvolančana RNA

Globalna trgovina i putovanja nehotice uvode gljivične bolesti u krajolike i vrste kojima nedostaje razvijena obrana. Nove genomske tehnologije pružaju niz potencijalnih alata za prenošenje otpornosti na bolest i smanjenje virulencije infekcije. Konkretno, kratki, dvolančani RNA (dsRNA) pojavljuju se kao moćan alat za upravljanje bolešću.

Za razvoj ove tehnologije za suzbijanje različitih gljivičnih bolesti koje prijete poljoprivrednoj proizvodnji uložena su značajna komercijalna ulaganja. dsRNA nude učinkovit, ekološki prihvatljiv način za kontrolu specifičnih patogenih vrsta s malim off-target učincima. Populacija šišmiša u Sjevernoj Americi srušila se zbog gljivičnog patogena poznatog kao sindrom bijelog nosa. Ova bi tehnologija mogla omogućiti ovim šišmišima da prežive i oporave.

9. Sintetičke alternative proizvodima za divljinu

Prekomjerna upotreba prirodnih proizvoda za biomedicinsku i potrošačku upotrebu i dalje uzrokuje ili prijeti izumiranje. Sintetska biologija nudi nove proizvodne metode kako bi se nadomjestila potražnja za proizvodima od divljine. Na primjer, rakovi podkve, koji su ubrani i uzeti za jedinstveni protein koji se koristi u sigurnosnom ispitivanju lijekova i cjepiva za injekcije, mogu se zamijeniti sintetičkom alternativom.

Slika: Oživite i vratite

Biološka raznolikost u četvrtoj industrijskoj revoluciji

Novo javno-privatno partnerstvo, koje koristi inovacije privatnog sektora, upravljanje javnim sektorom i više novih tehnologija moglo bi pomoći modernizaciji paketa za očuvanje biološke raznolikosti. Također se mora usmjeriti pažnja na legitimitet biotehnologije za očuvanje i razvijanje konsenzusa oko njegove uporabe.

S pravim genetskim alatima i partnerstvom, možda ćemo biti u mogućnosti da pljusak preokrenemo na izumiranje.

Izvorno objavljeno na www.weforum.org.