9 seje genetiske værktøjer, der kan redde biologisk mangfoldighed

Kloning kunne give håb for kritisk truede nordlige hvide næsehorn. Billede: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain National Ocean Council for Mauritius 'regering

Ryan Phelan medstifter og administrerende direktør, Revive & Restore

Thomas Maloney direktør for konserveringsvidenskab, genoplive og gendanne

Denne artikel er del af World Economic Forum's årlige møde

Vi står over for en global biodiversitetskrise. Titusinder af dyrearter uddød hvert år, vurderer forskere. Næsten halvdelen af ​​verdens biodiversitet er forsvundet siden 1970'erne ifølge Living Planet Index.

Disse urolige tendenser viser intet tegn på at bremse. Faktisk øger befolkning og økonomisk vækst, udbredt habitatødelæggelse, invasive arter, dyrelivssygdomme og klimaændringer presset.

Billede: Gendan og gendan

For at beskytte vores planetes biologiske mangfoldighed har vi brug for innovative nye tilgange. Heldigvis løfter den fjerde industrielle revolution hurtige fremskridt inden for bioteknologi. Nye genetiske og bioteknologiske værktøjer bruges allerede i medicin og landbrugssystemer, især i afgrøder og husdyr. Bioteknologien udvikler sig med endnu hurtigere hastighed end Moore's Law, der så mikrochip-processorkraften dobbelt hvert andet år, mens omkostningerne faldt med halvdelen.

Som Carlson-kurven ovenfor viser, er omkostningerne ved sekventering af et genom faldet fra $ 100 millioner i 2001 til under $ 1000 i dag. Vi kan nu ikke bare læse biologisk kode hurtigere, men også skrive og designe med den på nye måder.

Her er ni nye eller nye bioteknologier, der kan hjælpe med at beskytte naturen.

1. Biobanking og kryokonservering

Biobanker lagrer biologiske prøver til forskning og som en sikkerhedskopi til bevarelse af genetisk mangfoldighed. Eksempler inkluderer San Diego Frozen Zoo, Frozen Ark-projekterne og adskillige frøbanker. Prøver giver væv, cellelinjer og genetisk information, der kan danne grundlaget for at gendanne og genvinde truede vilde dyr. For at muliggøre dette skal løbende indsamling af biologiske prøver fra arter, der står over for udryddelse, finde sted.

2. Gamle DNA

Ancient DNA (aDNA) er DNA, der er ekstraheret fra museumsprøver eller arkæologiske steder op til tusinder af år gamle. DNA nedbrydes hurtigt, så det meste aDNA kommer fra prøver yngre end 50.000 år gamle og fra kolde klimaer. Den ældste prøve, der er indspillet med genvindeligt DNA, er en hest, der er fundet fra frosset grund i Yukon, Canada. Det er dateret til mellem 560.000 og 780.000 år gammelt.

Med henblik på konservering kan aDNA give indsigt i evolution og populationsgenetik og afsløre skadelige mutationer, der har udviklet sig over tid. Det kan også give os mulighed for at genvinde værdifulde ”uddøde alleler” for at returnere fuld genetisk mangfoldighed til arter, der er genetisk udtømt af små eller fragmenterede populationer. Der er endda udsigten til at vende udryddede arter tilbage til livet og deres gamle økologiske roller i naturen.

(PS. Beklager, ingen dinosaurer. “Du kan ikke klone fra sten.”)

3. genom sekventering

Genom sekventering med høj kapacitet skaber et referencen genom, der kan danne grundlaget for genetisk forståelse af en art og kan fungere som byggestenene til genteknologi i fremtiden. Flere initiativer er fokuseret på at sekventere livet på Jorden, skabe en enestående ressource til at fange livets genetiske mangfoldighed. Genome 10K, Fish-T1K (transkriptomer på 1.000 fisk) og Avian Genomes Project er bemærkelsesværdige eksempler.

Hurtige sekventeringsværktøjer med lavere dækning end et referencegenom kan bruges til at undersøge populationer omkostningseffektivt. De kan give indsigt til bevaringsplanlægning, forbedre fiskeri- og dyrelivsregulering og forbedre restaureringsresultater.

Avanceret genomsekventering gør det muligt for forskere at identificere genetiske markører, der overfører resistens over for sygdom eller andre elementer i adaptiv egnethed.

4. Bioinformatik

Bioinformatik - sammenlægning af databehandling, big data, kunstig intelligens og biologi - bringer nye perspektiver på bevarelsesbestræbelser. Det muliggør genomics, proteomics og transcriptomics - videnskaberne til genomer, proteiner og RNA-transkripter. Forøgelse af computerkraft muliggør hurtigere analyse af de genetiske forstadier til tilpasning, modstandsdygtighed over for miljøændringer og beslægtethed hos vilde arter.

Billede: Revive & Restore

5. Redigering af genomer

Fremskridt som CRISPR har gjort genomredigering meget mere præcis og tilgængelig i de sidste fem år. Dyrelivsledere har nu en målrettet måde at aktivere sygdomsresistens, der kan være sovende. Det er også muligt at "banke ind" genetiske træk fra en anden art, hvilket muliggør resistens mod nye sygdomme. Endvidere kunne genomredigering fremskynde udviklingen af ​​skrøbelige og truede korallrevsystemer, hvilket gør dem mere modstandsdygtige over for varmere og mere sure hav.

6. Genkørsel

Invasionen af ​​ikke-indfødte skadedyrarter, såsom gnavere, vildtlevende svin og insekter, er en betydelig global trussel mod den biologiske mangfoldighed, især på små biologiske mangfoldige øer. Traditionelle tilgange til udryddelse af sådanne arter involverer normalt kraftige biocider, der kan have skadelige virkninger uden for målet. Nye genetiske værktøjer kan hjælpe.

Et gendrev er den proces, hvormed et bestemt gen eller en genetisk variant arves med en høj frekvens. For at tackle problemet med invasive gnavere kan man f.eks. Anvende et gendrev til at ændre kønsprocenten for en øbestand af rotter, så de bliver alle hanlige og undlader at opdrætte. Fremskridt inden for denne teknologi kan tillade, at sådanne træk er justerbare, regionale og reversible.

Gendrev teknologi kan udrydde sygdom. Det ser ud til at eliminere en mygns evne til at bære menneskelige sygdomme som malaria, zika og denguefeber samt vilde dyresygdomme som aviær malaria.

Hvis det anvendes på en ansvarlig måde, repræsenterer gendrev et potentielt transformativt nyt værktøj. Imidlertid gør den høje arv fra drevet feltanvendelse af gendrev-teknologi forståeligt kontroversielt. Heldigvis til konservering er flere forskellige typer gendrev under udvikling, hvor der implementeres forskellige metoder for at undgå spredning af drevet ud over målpopulationen.

7. Avancerede reproduktionsteknologier

Genomik, avanceret reproduktionsteknologi og kloning bliver meget anvendt inden for husdyrsektoren, især i produktionen af ​​tyre til kvægavl og for toppresterende hesteforskar i polo og showjumping. Når der er kryokonserverede væv, kan kloning bringe ny genetisk mangfoldighed til kritisk imperilerede arter såvel som dem, der har lidt gennem en flaskehals i befolkningen. Kloning giver nyt håb for flere pattedyrarter, inklusive den sorte fødder i Nordamerika, bucardo i Europa og den nordlige hvide næsehorn i Afrika.

8. Dobbeltstrenget RNA

Global handel og rejser introducerer utilsigtet svampesygdomme til landskaber og arter, der mangler et udviklet forsvar. Nye genomiske teknologier leverer en række potentielle værktøjer til at formidle sygdomsresistens og reducere virulensen af ​​en infektion. Især fremkommer korte, dobbeltstrengede RNA'er (dsRNA'er) som et kraftfuldt sygdomhåndteringsværktøj.

Der har været betydelige kommercielle investeringer i at udvikle denne teknologi til bekæmpelse af forskellige svampesygdomme, der truer landbrugsproduktionen. dsRNA'er tilbyder en effektiv, miljøvenlig måde at kontrollere specifikke patogene arter med få effekter uden for målet. Flagermusbestande i Nordamerika er styrt ned på grund af et svampepatogen, der er kendt som hvidnæsesyndrom. Denne teknologi kunne gøre det muligt for disse flagermus at overleve og komme sig.

9. Syntetiske alternativer til dyrelivsprodukter

Overforbrug af naturlige produkter til biomedicinsk brug og forbruger bruger fortsat til at forårsage eller true udryddelser. Syntetisk biologi tilbyder nye fremstillingsmetoder for at erstatte efterspørgslen efter vilde dyreprodukter. F.eks. Kan hestesko krabber, der høstes og blødes for et unikt protein, der bruges til sikkerhedstest af injicerbare medikamenter og vacciner, erstattes af et syntetisk alternativ.

Billede: Gendan og gendan

Biodiversitet i den fjerde industrielle revolution

Et nyt offentlig-privat partnerskab, der udnytter innovation i den private sektor, forvaltning af den offentlige sektor og flere nye teknologier kunne hjælpe med at modernisere værktøjskassen til bevarelse af biodiversitet. Opmærksomheden skal også fokuseres på legitimiteten af ​​bioteknologi til bevarelse og udvikling af en konsensus omkring dens anvendelse.

Med de rigtige genetiske værktøjer og partnerskaber kan vi muligvis vende tidevandet på udryddelse.

Oprindeligt offentliggjort på www.weforum.org.