9 כלים גנטיים מגניבים שיכולים להציל את המגוון הביולוגי

שיבוט יכול לספק תקווה לקרנפים קרניים בצפון בסכנת הכחדה. תמונה: REUTERS / כריסטיאן הרטמן

מועצת האוקיאנוס הלאומית של נישן דגנרין של ממשלת מאוריציוס

ריאן פילן מייסד-שותף ומנכ"ל, Revive & Restore

תומס מלוני מנהל מדעי השימור, להחיות ולשחזר

מאמר זה הוא חלק מהפגישה השנתית של הפורום הכלכלי העולמי

אנו עומדים בפני משבר מגוון מגוון ביולוגי. עשרות אלפי מינים של בעלי חיים הולכים ונכחדים מדי שנה, מעריכים מדענים. כמעט מחצית המגוון הביולוגי בעולם נעלם מאז שנות השבעים, על פי מדד הכוכב החי.

טרנדים מטרידים אלה לא מראים שום סימן להאטה. ואכן, צמיחה באוכלוסייה וכלכלה, הרס גידול נרחב בבתי גידול, מינים פולשים, מחלות בטבע ושינוי אקלים מגבירים את הלחץ.

תמונה: להחיות ולשחזר

כדי להגן על המגוון הביולוגי של כדור הארץ שלנו, אנו זקוקים לגישות חדשות וחדשניות. למרבה המזל, ההתקדמות המהירה של המהפכה התעשייתית הרביעית בביוטכנולוגיה מבטיחה. כבר משתמשים בכלים גנטיים וביוטכנולוגיים חדשים ברפואה ובמערכות חקלאיות, במיוחד בגידולים ובעלי חיים ביתיים. הביוטכנולוגיה מתקדמת בקצב מהיר עוד יותר מזה של חוק מור, שראה כי עיבוד עיבוד המיקרו-שבב כפול כל שנתיים בעוד העלויות ירדו בחצי.

כפי שעולה מעקומת קרלסון לעיל, עלות רצף הגנום ירדה מ- 100 מיליון דולר בשנת 2001 למטה מ- 1000 $ כיום. כעת אנו יכולים לא רק לקרוא קוד ביולוגי מהר יותר, אלא גם לכתוב ולעצב איתו בדרכים חדשות.

להלן תשע ביוטכנולוגיות חדשות או מתפתחות העשויות לסייע בהגנת הטבע.

1. ביו-בנקאות ושימור קריו

בנקים ביולוגיים מאחסנים דגימות ביולוגיות למחקר וכמשאב גיבוי לשימור הגיוון הגנטי. דוגמאות לכך כוללות את גן החיות הקפוא בסן דייגו, פרויקטים של קפוא ארון, וגדות זרעים רבות. הדגימות מספקות רקמות, קווי תאים ומידע גנטי שיכולים להוות את הבסיס לשיקום והחלמת חיות הבר בסכנת הכחדה. כדי לאפשר זאת, צריך להתקיים איסוף מתמשך של דגימות ביולוגיות מזן העומד בפני הכחדה.

2. DNA עתיק

DNA עתיק (aDNA) הוא DNA שהוצא מדגימות מוזיאונים או מאתרים ארכיאולוגיים בני עד אלפי שנים. ה- DNA משפיל במהירות, כך שרוב ה- ADNA מגיע מדגימות מתחת לגיל 50,000 שנה ומאז אקלים קר. הדגימה העתיקה ביותר שנרשמה עם DNA הניתן לשחזור היא סוס שנחשף מהאדמה הקפואה ביוקון, קנדה. הוא תוארך לגילאי 560,000 עד 780,000 שנים.

למטרות שימור, aDNA יכול לתת תובנה לגבי אבולוציה וגנטיקה של האוכלוסייה, ולחשוף מוטציות מזיקות שהתפתחו עם הזמן. זה עשוי גם לאפשר לנו להחלים "אללים נכחדים" בעלי ערך, להחזיר את הגיוון הגנטי המלא למינים שהאוכלסו גנטית על ידי אוכלוסיות קטנות או מקוטעות. יש אפילו סיכוי להחזיר מינים נכחדים לחיים ולתפקידים האקולוגיים הישנים שלהם בטבע.

(נ.ב. סליחה, אין דינוזאורים. "אינך יכול לשבט מאבן.")

3. רצף גנום

רצף גנום בעל תפוקה גבוהה יוצר גנום התייחסות שיכול לספק בסיס להבנת מין גנטית, ויכול לשמש כאבני הבניין להנדסה גנטית בעתיד. מספר יוזמות מתמקדות ברצף החיים על כדור הארץ, ביצירת משאב ללא תחרות ללכידת המגוון הגנטי של החיים. גנום 10K, Fish-T1K (טרנסקריפטומים של 1,000 דגים) ופרויקט גנום העופות הם דוגמאות ראויות לציון.

ניתן להשתמש בכלי רצף מהירים, עם כיסוי נמוך יותר מגנום ייחוס, כדי לחקור אוכלוסיות בצורה חסכונית. הם יכולים לספק תובנה לתכנון השימור, לשיפור הרגולציה של הדגה ובר הטבע, ולשפר את תוצאות השיקום.

רצף גנום מתקדם מאפשר לחוקרים לזהות סמנים גנטיים המעבירים עמידות למחלות, או אלמנטים אחרים של כושר אדפטיבי.

4. ביואינפורמטיקה

ביואינפורמטיקה - מיזוג של עיבוד נתונים, נתונים גדולים, בינה מלאכותית וביולוגיה - מביא נקודות מבט חדשות על מאמצי השימור. זה מאפשר גנומיקה, פרוטאומיקה וטרנסקריפטומיקה - מדעי הגנום, חלבונים ותמלילי RNA, בהתאמה. הגדלת כוח המחשוב מאפשרת ניתוח מהיר יותר של מקדימים גנטיים להסתגלות, עמידות בפני שינוי סביבתי וקשורות במינים בר.

תמונה: להחיות ולשחזר

5. עריכת גנום

התקדמות כמו CRISPR הפכה את עריכת הגנום להרבה יותר מדויקת ונגישה בחמש השנים האחרונות. למנהלי חיות הבר יש כעת דרך ממוקדת להפעיל עמידות למחלות שעלולה להיות רדומה. אפשר גם "לדפוק" תכונות גנטיות מזן אחר, מה שמאפשר עמידות למחלות חדשות. יתרה מזו, עריכת גנום עשויה להאיץ את התפתחותן של מערכות שוניות אלמוגים בסכנת הכחדה, ולהפוך אותן לעמידות יותר לאוקיאנוסים חמים וחומציים יותר.

6. כונן גנים

פלישתם של מיני מזיקים שאינם ילידים, כמו מכרסמים, חזירים וחרקים, היא איום עולמי משמעותי על המגוון הביולוגי, במיוחד באיים קטנים עשירים במגוון ביולוגי. גישות מסורתיות למיגור מינים כאלה כוללות בדרך כלל ביוצידנים חזקים שיכולים להיות בעלי השפעות מזיקות מחוץ למטרה. כלים גנטיים חדשים עשויים לעזור.

כונן גנים הוא התהליך שבאמצעותו תורש גן או גרסת גן מסוימת בתדר גבוה. לדוגמה, כדי לטפל בבעיית המכרסמים הפולשניים, ניתן להחיל דחף גנים כדי לשנות את יחס המין של אוכלוסיית אי של חולדות כך שיהפכו כולם לזכרים ולא יצליחו להתרבות. ההתקדמות בטכנולוגיה זו יכולה לאפשר תכונות כאלה להיות מתכווננות, אזוריות והפוכות.

טכנולוגיית כונן גנים עלולה למגר מחלות. נראה כי ניתן לבטל את יכולתו של יתוש לסבול ממחלות אנושיות כמו מלריה, זיקה וקדחת דנגה, כמו גם מחלות בטבע כמו מלריה העופות.

אם הם מיושמים באחריות, כונני הגנים מייצגים כלי חדש שעשוי להפוך טרנספורמציה. עם זאת, הירושה הגבוהה של הכונן הופכת את השדה הטכנולוגי של כונן גנים לשנוי במחלוקת. למרבה המזל לשימור, מספר סוגים שונים של כונן גנים נמצאים בפיתוח, ופורסים מתודולוגיות שונות כדי למנוע התפשטות הכונן מעבר לאוכלוסיית היעד.

7. טכנולוגיות רבייה מתקדמות

גנומיקה, טכניקות רבייה מתקדמות ושיבוט הופכים ליישומים רבים בתחום גידול בעלי החיים, במיוחד בייצור שוורים לגידול בקר ולספורטאי סוסים בעלי הביצועים הטובים ביותר בפולו וביצירה. כאשר יש רקמות המוגנות בקריאה, השיבוט יכול להביא מגוון גנטי חדש למינים נטועים ביקורתיים, כמו גם לאלה שסבלו מצוואר בקבוק אוכלוסיה. השיבוט מעניק תקווה חדשה למספר מינים של יונקים, כולל החמוס עם רגליים שחורות בצפון אמריקה, הבוקארדו באירופה והקרנף הלבן הצפוני באפריקה.

8. RNA דו-חוטים

סחר ונסיעות עולמיים מציגים שלא במתכוון מחלות פטרייתיות לנופים ולמינים חסרי הגנה מפותחת. טכנולוגיות גנומיות חדשות מספקות חבילה של כלים פוטנציאליים להעברת עמידות למחלות ולהפחתת נגיף הזיהום. בפרט, RNA קצרים, בעלי גדיל כפול (dsRNA), מתגלים ככלי רב עוצמה לניהול מחלות.

הייתה השקעה מסחרית משמעותית בפיתוח טכנולוגיה זו לבקרת מחלות פטרייתיות שונות המאיימות על הייצור החקלאי. dsRNAs מציעים דרך יעילה וידידותית לסביבה לשלוט במינים פתוגניים ספציפיים עם מעט השפעות מחוץ למטרה. אוכלוסיות העטלפים בצפון אמריקה התרסקו בגלל פתוגן פטרייתי המכונה תסמונת האף הלבן. טכנולוגיה זו יכולה לאפשר לעטלפים הללו לשרוד ולהתאושש.

9. חלופות סינתטיות למוצרי טבע

שימוש יתר במוצרים טבעיים לשימוש ביו-רפואי וצרכני ממשיך לגרום או לאיים על הכחדות. ביולוגיה סינתטית מציעה שיטות ייצור חדשות כדי להחליף את הביקוש למוצרי טבע. לדוגמה, ניתן להחליף סרטני פרסה שנקטפים ונמסים כחלבון ייחודי המשמש בבדיקת הבטיחות של תרופות וחיסונים להזרקה, באמצעות אלטרנטיבה סינתטית.

תמונה: להחיות ולשחזר

המגוון הביולוגי במהפכה התעשייתית הרביעית

שותפות ציבורית ציבורית-פרטית חדשה, רתימה של חדשנות במגזר הפרטי, ניהול סקטור ציבורי וטכנולוגיות חדשות מרובות עשויות לסייע לחדש את ארגז הכלים לשימור המגוון הביולוגי. תשומת הלב צריכה להיות ממוקדת גם בלגיטימיות הביוטכנולוגיה לשימור, ופיתוח קונצנזוס סביב השימוש בו.

בעזרת הכלים והשותפויות הגנטיות הנכונות, יתכן שנוכל להפוך את גאות הכחדה.

פורסם במקור באתר www.weforum.org.