9 alat genetik yang hebat yang dapat menyelamatkan biodiversiti

Pengklonan dapat memberikan harapan bagi badak putih utara yang terancam. Imej: REUTERS / Christian Hartmann

Majlis Lautan Nasional Nishan Degnarain dari Kerajaan Mauritius

Pengasas Bersama dan Pengarah Eksekutif Ryan Phelan, Revive & Restore

Thomas Maloney Pengarah Sains Pemuliharaan, Bangkit dan Pulihkan

Artikel ini adalah sebahagian daripada Mesyuarat Tahunan Forum Ekonomi Dunia

Kami menghadapi krisis keanekaragaman hayati global. Puluhan ribu spesies haiwan semakin pupus setiap tahun, para saintis menganggarkan. Hampir separuh keanekaragaman hayati dunia telah hilang sejak tahun 1970-an, menurut Indeks Planet Hidup.

Trend yang merisaukan ini tidak menunjukkan tanda-tanda untuk melambat. Sesungguhnya, pertumbuhan penduduk dan ekonomi, pemusnahan habitat yang meluas, spesies invasif, penyakit hidupan liar dan perubahan iklim meningkatkan tekanan.

Imej: Hidupkan semula dan Pulihkan

Untuk melindungi keanekaragaman hayati planet kita, kita memerlukan pendekatan baru yang inovatif. Nasib baik, kemajuan pesat Revolusi Perindustrian Keempat dalam bioteknologi memegang janji. Alat genetik dan bioteknologi baru telah digunakan dalam sistem perubatan dan pertanian, terutama pada tanaman dan haiwan peliharaan. Bioteknologi maju pada kadar yang lebih cepat daripada Undang-undang Moore, yang menyaksikan kuasa pemprosesan mikrocip dua kali ganda setiap dua tahun sementara kos turun separuh.

Seperti yang ditunjukkan oleh keluk Carlson di atas, kos penjujukan genom telah jatuh dari $ 100 juta pada tahun 2001 menjadi di bawah $ 1000 hari ini. Kita sekarang tidak hanya dapat membaca kod biologi dengan lebih cepat, tetapi juga dapat menulis dan merancang dengannya dengan cara baru.

Berikut adalah sembilan bioteknologi baru atau baru yang dapat membantu melindungi alam semula jadi.

1. Perbankan Bio dan pemeliharaan cryo

Biobank menyimpan sampel biologi untuk penyelidikan dan sebagai sumber cadangan untuk memelihara kepelbagaian genetik. Contohnya termasuk San Diego Frozen Zoo, projek Frozen Ark, dan banyak bank benih. Sampel memberikan tisu, garis sel dan maklumat genetik yang dapat menjadi asas untuk memulihkan dan memulihkan hidupan liar yang terancam. Untuk membolehkannya, pengumpulan sampel biologi yang berterusan dari spesies yang menghadapi kepupusan mesti dilakukan.

2. DNA purba

DNA purba (aDNA) adalah DNA yang telah diekstrak dari spesimen muzium atau laman web arkeologi yang berusia hingga ribuan tahun. DNA merosot dengan cepat, jadi kebanyakan aDNA berasal dari sampel yang berumur kurang dari 50,000 tahun, dan dari iklim sejuk. Spesimen tertua yang direkodkan dengan DNA yang dapat diambil adalah seekor kuda yang digali dari tanah beku di Yukon, Kanada. Ia telah berumur antara 560,000 hingga 780,000 tahun.

Untuk tujuan pemuliharaan, aDNA dapat memberikan gambaran tentang evolusi dan genetik populasi, dan mengungkapkan mutasi berbahaya yang telah berkembang dari masa ke masa. Ini juga memungkinkan kita memulihkan "alel yang sudah pupus" yang berharga, untuk mengembalikan kepelbagaian genetik sepenuhnya kepada spesies yang telah habis secara genetik oleh populasi kecil atau terpecah-pecah. Bahkan ada prospek untuk mengembalikan spesies yang pupus ke kehidupan dan peranan ekologi lama mereka di alam liar.

(PS. Maaf, tidak ada dinosaur. "Anda tidak dapat mengklon dari batu.")

3. Penjujukan genom

Penjujukan genom throughput tinggi menghasilkan genom rujukan yang dapat memberi asas untuk memahami spesies secara genetik, dan dapat bertindak sebagai asas bagi kejuruteraan genetik pada masa akan datang. Beberapa inisiatif difokuskan pada penjujukan kehidupan di Bumi, menciptakan sumber yang tiada tandingannya untuk menangkap kepelbagaian genetik kehidupan. Genom 10K, Ikan-T1K (transkripom 1,000 ikan) dan Projek Genom Avian adalah contoh terkenal.

Alat penjujukan cepat, dengan liputan lebih rendah daripada genom rujukan, dapat digunakan untuk mengkaji populasi dengan kos efektif. Mereka dapat memberikan wawasan untuk perencanaan pemuliharaan, memperbaiki peraturan perikanan dan hidupan liar, dan meningkatkan hasil pemulihan.

Penjujukan genom yang maju membolehkan para penyelidik mengenal pasti penanda genetik yang menyampaikan ketahanan terhadap penyakit, atau unsur kecergasan adaptif yang lain.

4. Bioinformatik

Bioinformatik - penggabungan pemprosesan data, data besar, kecerdasan buatan dan biologi - membawa perspektif baru mengenai usaha pemuliharaan. Ini membolehkan genomik, proteomik dan transkriptomik - sains genom, protein dan transkrip RNA, masing-masing. Peningkatan daya pengkomputeran memungkinkan analisis yang lebih pantas mengenai pendahuluan genetik terhadap penyesuaian, ketahanan terhadap perubahan persekitaran dan kaitannya dengan spesies liar.

Imej: Hidupkan semula & Pulihkan

5. Penyuntingan genom

Kemajuan seperti CRISPR telah menjadikan penyuntingan genom lebih tepat dan dapat dicapai dalam lima tahun kebelakangan ini. Pengurus hidupan liar kini mempunyai cara yang disasarkan untuk mengaktifkan daya tahan penyakit yang mungkin tidak aktif. Juga mungkin untuk "mengetuk" sifat genetik dari spesies lain, yang memungkinkan penentangan terhadap penyakit baru. Selain itu, penyuntingan genom dapat mempercepat pengembangan sistem terumbu karang yang rapuh dan terancam punah, menjadikannya lebih tahan terhadap lautan yang lebih panas dan berasid.

6. Pemacu gen

Pencerobohan spesies perosak bukan asli, seperti tikus, babi liar dan serangga, merupakan ancaman global yang signifikan terhadap keanekaragaman hayati, terutama di pulau-pulau kecil yang kaya dengan biodiversiti. Pendekatan tradisional untuk membasmi spesies seperti ini biasanya melibatkan biocides kuat yang boleh membawa kesan luar sasaran yang berbahaya. Alat genetik baru boleh membantu.

Pemacu gen adalah proses di mana varian gen atau gen tertentu diwarisi pada frekuensi tinggi. Sebagai contoh, untuk mengatasi masalah tikus invasif, pemacu gen dapat digunakan untuk mengubah nisbah jantina populasi tikus pulau sehingga mereka menjadi semua jantan, dan gagal berkembang biak. Kemajuan dalam teknologi ini dapat membolehkan sifat-sifat tersebut dapat disesuaikan, bersifat serantau dan boleh dibalikkan.

Teknologi pemacu gen dapat membasmi penyakit. Nampaknya dapat menghilangkan kemampuan nyamuk untuk membawa penyakit manusia seperti malaria, zika dan demam denggi, serta penyakit hidupan liar seperti malaria burung.

Sekiranya digunakan secara bertanggungjawab, pemacu gen mewakili alat baru yang berpotensi transformatif. Walau bagaimanapun, pewarisan pemacu yang tinggi menjadikan aplikasi teknologi pemacu gen difahami kontroversial. Nasib baik untuk pemuliharaan, beberapa jenis pemacu gen sedang dikembangkan, menggunakan metodologi yang berbeza untuk mengelakkan penyebaran pemacu melebihi populasi sasaran.

7. Teknologi pembiakan yang maju

Genomik, teknik pembiakan canggih dan pengklonan telah digunakan secara meluas di sektor penternakan, terutama dalam pengeluaran lembu untuk penternakan lembu dan untuk atlet kuda berprestasi tinggi dalam polo dan pertunjukan. Apabila terdapat tisu yang diawetkan, pengklonan dapat membawa kepelbagaian genetik baru kepada spesies yang sangat berbahaya, dan juga pada spesies yang menderita melalui kemacetan penduduk. Pengklonan memberikan harapan baru bagi beberapa spesies mamalia, termasuk musang berkaki hitam di Amerika Utara, bucardo di Eropah dan badak putih utara di Afrika.

8. RNA helai berkembar

Perdagangan dan perjalanan global secara tidak sengaja memperkenalkan penyakit kulat ke lanskap dan spesies yang tidak memiliki pertahanan yang berkembang. Teknologi genomik baru menyediakan seperangkat alat yang berpotensi untuk menyampaikan ketahanan terhadap penyakit dan mengurangkan penyakit berjangkit. Khususnya, RNA pendek, dua helai (dsRNA) muncul sebagai alat pengurusan penyakit yang kuat.

Terdapat pelaburan komersial yang signifikan untuk mengembangkan teknologi ini untuk mengawal pelbagai penyakit kulat yang mengancam pengeluaran pertanian. dsRNA menawarkan cara yang berkesan dan mesra alam untuk mengawal spesies patogenik tertentu dengan sedikit kesan di luar sasaran. Populasi kelawar di Amerika Utara telah terhempas kerana patogen kulat yang dikenali sebagai sindrom hidung putih. Teknologi ini dapat membolehkan kelawar ini bertahan dan pulih.

9. Alternatif sintetik untuk produk hidupan liar

Penggunaan produk semula jadi yang berlebihan untuk penggunaan bioperubatan dan pengguna terus menyebabkan atau mengancam kepupusan. Biologi sintetik menawarkan kaedah pembuatan baru untuk menggantikan permintaan produk liar. Sebagai contoh, kepiting tapal kuda, yang dipungut dan didarah untuk protein unik yang digunakan dalam ujian keselamatan ubat suntikan dan vaksin, dapat diganti dengan alternatif sintetik.

Imej: Hidupkan semula dan Pulihkan

Kepelbagaian Biologi dalam Revolusi Perindustrian Keempat

Perkongsian awam-swasta yang baru, memanfaatkan inovasi sektor swasta, pengelolaan sektor awam, dan pelbagai teknologi baru dapat membantu memodenkan kotak alat pemuliharaan biodiversiti. Perhatian juga harus difokuskan pada kesahihan bioteknologi untuk pemuliharaan, dan mengembangkan konsensus mengenai penggunaannya.

Dengan alat dan perkongsian genetik yang betul, kita mungkin dapat mengubah arus kepupusan.

Asalnya diterbitkan di www.weforum.org.