9 flott erfðatæki sem gætu bjargað líffræðilegum fjölbreytileika

Klónun gæti veitt von um gagnrýna hættu í hvítum neshornum í norðri. Mynd: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain þjóðarhafsráð ríkisstjórnar Mauritius

Ryan Phelan stofnandi og framkvæmdastjóri, Revive & Restore

Thomas Maloney forstöðumaður varðveisluvísinda, endurlífga og endurheimta

Þessi grein er hluti af ársfundi World Economic Forum

Við stöndum frammi fyrir alþjóðlegri kreppu um líffræðilega fjölbreytni. Tugþúsundir dýrategunda eru að verða útdauðar á hverju ári að mati vísindamanna. Næstum helmingur líffræðilegur fjölbreytileiki heimsins er horfinn síðan á áttunda áratugnum samkvæmt Living Planet Index.

Þessar áhyggjufullu þróun sýna engin merki um að hægja á sér. Reyndar, fólksfjölgun og hagvöxtur, mikil eyðilegging búsvæða, ífarandi tegundir, dýrasjúkdómar og loftslagsbreytingar auka þrýstinginn.

Mynd: endurlífga og endurheimta

Til að vernda líffræðilegan fjölbreytileika plánetu okkar þurfum við nýjar nýjar aðferðir. Sem betur fer lofa hröð framþróun fjórðu iðnbyltingarinnar í líftækni. Ný erfða- og líftæknibúnaður er nú þegar notaður í læknisfræði og landbúnaðarkerfi, sérstaklega í ræktun og húsdýrum. Líftækni gengur enn hraðar en lögin í Moore sem sáu vinnsluorku örflögu tvöfalt annað hvert ár á meðan kostnaður lækkaði um helming.

Eins og Carlson-ferillinn hér að ofan sýnir, hefur kostnaður við röðun erfðamengis lækkað úr 100 milljónum dollara árið 2001 í undir 1000 dollara í dag. Við erum núna fær ekki bara að lesa líffræðilega kóða hraðar, heldur einnig að skrifa og hanna með þeim á nýjan hátt.

Hér eru níu ný eða ný líftækni sem gætu hjálpað til við að vernda náttúruna.

1. Biobanking og kryo-varðveisla

Líffræðibankar geyma lífsýni til rannsókna og sem varabúnaður til að varðveita erfðafræðilegan fjölbreytileika. Sem dæmi má nefna Frosinn dýragarð í San Diego, Frozen Ark verkefnin og fjölmargir fræbankar. Sýnishorn veita vefi, frumulínur og erfðafræðilegar upplýsingar sem geta verið grunnurinn að því að endurheimta og endurheimta útrýmingarhættulegt dýralíf. Til að gera þetta þarf að vera áframhaldandi söfnun lífsýna úr tegundum sem glíma við útrýmingu.

2. Fornt DNA

Fornt DNA (aDNA) er DNA sem hefur verið unnið úr safnsýni eða fornleifasvæðum allt að þúsund ára gamalt. DNA brotnar hratt niður, þannig að flest aDNA kemur frá sýnum yngri en 50.000 ára og úr köldu loftslagi. Elsta eintakið sem tekið er upp með endurheimtanlegu DNA er hestur sem er grafinn frá frosinni jörð í Yukon í Kanada. Það hefur verið dagsett á milli 560.000 til 780.000 ára gamalt.

Í verndarskyni getur aDNA gefið innsýn í þróun og erfðafræði íbúa og opinberað skaðlegar stökkbreytingar sem hafa þróast með tímanum. Það getur einnig gert okkur kleift að endurheimta dýrmæta „útdauða samsætur“, til að skila fullum erfðafræðilegum fjölbreytileika til tegunda sem hafa verið erfðafræðilega tæmdir af litlum eða sundurlausum stofnum. Það eru jafnvel horfur á að endurheimta útdauða tegundir til lífsins og gömlu vistfræðilegu hlutverki þeirra í náttúrunni.

(PS. Því miður, engar risaeðlur. „Þú getur ekki klónað úr steini.“)

3. Erfðamengi

Erfðasöfnun erfðamengis með mikilli afköst býr til tilvísunar erfðamengi sem getur skapað grunninn til að skilja tegundina erfðafræðilega og geta verið byggingareiningar erfðatækni í framtíðinni. Ýmis frumkvæði beinast að því að raðgreina líf á jörðinni og skapa framúrskarandi auðlind til að fanga erfðafræðilegan fjölbreytileika lífsins. Erfðamengi 10K, Fish-T1K (afrit af 1.000 fiskum) og fuglagenafjarðarverkefnið eru athyglisverð dæmi.

Hrað raðgreiningartæki, með minni umfjöllun en viðmiðunargenamengi, er hægt að nota til að rannsaka íbúa á hagkvæman hátt. Þeir geta veitt innsýn í skipulagningu náttúruverndar, bætt stjórnun fiskveiða og dýra og bætt árangur endurreisnar.

Háþróaður erfðagreining gerir vísindamönnum kleift að bera kennsl á erfðamerki sem flytja ónæmi gegn sjúkdómum eða öðrum þáttum í aðlögunarhæfni.

4. Lífsupplýsingafræði

Lífsupplýsingafræði - sameining gagnavinnslu, stór gögn, gervigreind og líffræði - færir ný sjónarmið um náttúruvernd. Það gerir kleift að nota erfðafræði, próteinfræði og afrit - vísindi erfðamengja, próteina og RNA afrita, hvort um sig. Með því að auka tölvuafl er hægt að greina hraðari greiningu á erfðafræðilegum undanfara að aðlögun, seiglu við umhverfisbreytingar og skyldleika í villtum tegundum.

Mynd: Revive & Restore

5. Breytingar á erfðamengi

Framfarir eins og CRISPR hafa gert erfðabreytingu erfðamengja mun nákvæmari og aðgengilegri á síðustu fimm árum. Stjórnendur dýralífs hafa nú markvissa leið til að virkja ónæmi gegn sjúkdómum sem geta verið sofandi. Það er líka mögulegt að „berja“ erfðaeinkenni frá annarri tegund, sem gerir ónæmi fyrir nýjum sjúkdómum kleift. Ennfremur, erfðabreyting erfðamengis gæti flýtt fyrir þróun brothættra og hættulegra kóralrifskerfa og gert þau fjöðrari gagnvart hlýrri og súrari höf.

6. Genakstur

Innrás innfæddra meindýra tegunda, svo sem nagdýrum, villtum svínum og skordýrum, er veruleg alþjóðleg ógn við líffræðilegan fjölbreytileika, sérstaklega á líffræðilegum fjölbreytileika litlum eyjum. Hefðbundnar aðferðir til að útrýma slíkum tegundum fela venjulega í sér öflug sæfiefni sem geta haft skaðleg áhrif utan markhóps. Ný erfðatæki geta hjálpað.

Erfðadreifing er það ferli sem tiltekið gen eða genafbrigði erfir í mikilli tíðni. Til dæmis, til að takast á við vandamál ífarandi nagdýra, væri hægt að beita genadrifi til að breyta kynjahlutfalli íbúa rottna á eyjum svo að þeir verði allir karlmenn og komist ekki upp. Framfarir í þessari tækni geta gert það að verkum að slíkir eiginleikar geta verið stillanlegir, svæðisbundnir og afturkræfir.

Erfðatækni gæti útrýmt sjúkdómum. Það virðist mögulegt að útrýma getu fluga til að bera sjúkdóma í mönnum svo sem malaríu, zika og dengue hita, svo og dýrasjúkdóma eins og malaríu í ​​fuglum.

Ef þeir eru notaðir á ábyrgan hátt eru genadrifir mögulega umbreytandi nýtt tæki. Hins vegar er mikill arfur drifsins sem gerir vettvangsnotkun gena drif tækni skiljanlega umdeild. Sem betur fer fyrir varðveislu eru nokkrar mismunandi tegundir genadrifa í þróun og notast við mismunandi aðferðir til að forðast útbreiðslu drifsins út fyrir markhópinn.

7. Háþróaður æxlunartækni

Erfðafræði, háþróaður æxlunartækni og einræktun er að verða mikið notaður í búfjárræktargeiranum, einkum við framleiðslu nauta til nautgriparæktar og fyrir afreksmenn hestamanna í polo og showjumping. Þegar það er til smáforða verulegur vefur getur klónun leitt til nýrrar erfðafræðilegrar fjölbreytni fyrir tegundir sem eru gagnrýndar, svo og þeirra sem hafa orðið fyrir flöskuhálsi íbúa. Klónun veitir nýrri von fyrir nokkrar tegundir spendýra, þar með talið svartafletta frettuna í Norður-Ameríku, bucardo í Evrópu og norðurhvíta nashyrningnum í Afríku.

8. Tvístrengið RNA

Alheimsviðskipti og ferðalög kynna óvart sveppasjúkdóma fyrir landslagi og tegundum sem skortir þróaða vörn. Ný erfðatækni býður upp á fjölda mögulegra tækja til að koma í veg fyrir ónæmi gegn sjúkdómum og draga úr meinvirkni sýkingar. Sérstaklega koma stutt, tvístrengjuð RNA (dsRNA) fram sem öflugt verkfæri til að stjórna sjúkdómum.

Mikil fjárfesting hefur verið í atvinnuskyni til að þróa þessa tækni til að stjórna ýmsum sveppasjúkdómum sem ógna landbúnaðarframleiðslu. dsRNA bjóða upp á áhrifaríka, umhverfisvæna leið til að stjórna ákveðnum sjúkdómsvaldandi tegundum með fáum áhrifum utan markhóps. Batahópur í Norður-Ameríku hefur hrunið vegna sveppasýkingar sem kallast hvítt nefheilkenni. Þessi tækni gæti gert geggjunum kleift að lifa af og ná sér.

9. Tilbúinn valkostur við afurðir úr dýraríkinu

Ofnotkun náttúrulegra afurða til lífeðlisfræðilegra nota og neytenda heldur áfram að valda eða ógna útrýmingarhættu. Tilbúin líffræði býður upp á nýjar framleiðsluaðferðir til að bæta við eftirspurn eftir dýraafurðum. Til dæmis væri hægt að skipta um tilbúið val til að skipta um krabbakrabba, sem eru uppskerin og blönduð fyrir einstakt prótein sem notað er við öryggisprófun lyfja og bóluefna sem sprautað er.

Mynd: endurlífga og endurheimta

Líffræðilegur fjölbreytileiki í fjórðu iðnbyltingunni

Nýtt samstarf milli einkaaðila og einkaaðila, með því að virkja nýsköpun einkageirans, stjórnun opinberra starfsmanna og margvíslega nýja tækni gæti hjálpað til við að nútímavæða verkfærakistuna fyrir varðveislu líffræðilegs fjölbreytileika. Athygli verður einnig að beinast að lögmæti líftækni til varðveislu og að þróa sátt um notkun þess.

Með réttum erfðatækjum og samvinnu gætum við getað snúið fjöru við útrýmingu.

Upphaflega birt á www.weforum.org.