Биоәртүрлілікті сақтай алатын 9 салқын генетикалық құрал

Клондау қауіпті жойылып бара жатқан солтүстік ақ ринокероздарға үміт береді. Сурет: REUTERS / Christian Hartmann

Нишан Дегнарайн Маврикий үкіметінің Ұлттық Мұхит кеңесі

Райан Феланның негізін қалаушы және атқарушы директор, Revive & Restore

Томас Малони, табиғатты сақтау, қалпына келтіру және қалпына келтіру жөніндегі директор

Бұл мақала Дүниежүзілік экономикалық форумның жыл сайынғы жиналысының бөлігі болып табылады

Бізді жаһандық биоәртүрлілік дағдарысы күтіп тұр. Ғалымдардың пікірінше, жыл сайын жануарлардың ондаған мың түрі жойылып бара жатыр. «Тірі планеталар индексі» бойынша 1970 жылдардан бері әлемдегі биоәртүрліліктің жартысына жуығы жоғалып кетті.

Бұл алаңдатарлық үрдістер бәсеңдеудің белгісін көрсетпейді. Шынында да, популяция мен экономикалық өсу, тіршілік ету ортасының кең таралуы, инвазивті түрлер, жабайы табиғат аурулары және климаттың өзгеруі қысымды арттырады.

Сурет: қалпына келтіру және қалпына келтіру

Планетамыздың биоәртүрлілігін сақтау үшін бізге инновациялық жаңа тәсілдер қажет. Бақытымызға орай, Төртінші өнеркәсіптік революцияның биотехнологиядағы қарқынды жетістіктері үміт береді. Жаңа генетикалық және биотехнологиялық құралдар медицинада және ауылшаруашылық жүйелерде, әсіресе өсімдіктер мен үй жануарларында қолданылуда. Биотехнология Мур заңына қарағанда тезірек дамып келеді, онда микрочиптің өңдеу қуаты екі жылда екі есе артып, ал шығындар екі есе төмендеді.

Жоғарыдағы Карлсон қисығы көрсеткендей, геномды ретке келтіру құны 2001 жылы 100 миллион доллардан бүгінгі күнге 1000 долларға дейін төмендеді. Біз қазір биологиялық кодты тезірек оқып қана қоймай, сонымен бірге оны жаңа тәсілдермен жаза және жобалай аламыз.

Мұнда табиғатты қорғауға көмектесетін тоғыз жаңа немесе пайда болған биотехнология бар.

1. Биобанкинг және крио-сақтау

Biobanks биологиялық үлгілерді зерттеу үшін және генетикалық әртүрлілікті сақтау үшін резервтік ресурстар ретінде сақтайды. Мысал ретінде Сан-Диегода мұздатылған зоопарк, Мұздатылған сандық жобалары және көптеген тұқым банктері бар. Үлгілер тіндерді, жасушалық желілерді және жойылып бара жатқан жабайы табиғатты қалпына келтіруге негіз бола алатын генетикалық ақпаратты ұсынады. Бұл үшін жойылып кету қаупі бар түрлерден биологиялық сынамаларды үнемі жинау қажет.

2. Ежелгі ДНҚ

Ежелгі ДНҚ (aDNA) - бұл мыңдаған жылдарға дейін мұражай үлгілерінен немесе археологиялық орындардан алынған ДНҚ. ДНҚ тез тозады, сондықтан аДНҚ-ның көпшілігі 50 000 жастан асқан үлгілерден және суық климаттан келеді. Шығарылатын ДНҚ-мен жазылған ең көне үлгі - Юкон, Канададағы тоңған жерден табылған жылқы. Ол 560,000 - 780,000 жылдар аралығында болған.

Сақтау мақсатында АДНА эволюция мен популяциялық генетика туралы түсінік беріп, уақыт өте келе пайда болған зиянды мутацияны ашады. Бұл сонымен бірге құнды «жойылған аллельдерді» қалпына келтіруге, генетикалық тұрғыдан аз немесе бөлшектенген популяциялармен жойылған түрлерге толық генетикалық әртүрлілікті қайтаруға мүмкіндік береді. Тіпті жойылып кеткен түрлердің тіршілікке және олардың табиғаттағы ескі экологиялық рөліне оралу мүмкіндігі бар.

(PS. Кешіріңіз, динозаврлар жоқ. «Сіз тастан клон жасай алмайсыз.»)

3. Геномдық реттілік

Жоғары өткізу қабілеті бар геномды біріздендіру түрді генетикалық тұрғыдан түсінуге негіз болатын және болашақта гендік инженерия үшін негіз бола алатын тірек геномын жасайды. Бірнеше бастамалар Жердегі тіршілікті реттеуге, тіршіліктің генетикалық әртүрлілігін түсіру үшін теңдесі жоқ ресурс жасауға бағытталған. Genome 10K, Fish-T1K (1000 балықтың транскриптомы) және Avian Genomes жобасы - бұл керемет мысалдар.

Популяцияны үнемді зерттеу үшін анықтамалық геномға қарағанда азырақ қамтуы бар жылдам секвенирлеу құралдарын қолдануға болады. Олар табиғатты қорғауды жоспарлау туралы түсінік бере алады, балық аулау мен жануарлар дүниесін реттеуді жақсарта алады және қалпына келтірудің нәтижелерін арттыра алады.

Жетілдірілген геномды жүйелеу зерттеушілерге ауруға немесе бейімделгіш фитнес элементтеріне төзімділік беретін генетикалық маркерлерді анықтауға мүмкіндік береді.

4. Биоинформатика

Биоинформатика - деректерді өңдеуді, үлкен деректерді, жасанды интеллект пен биологияны біріктіру - табиғатты қорғауға жаңа перспективалар ашады. Бұл геномика, протеомика және транскриптомика - геномдар, ақуыздар және РНҚ транскрипттері туралы ғылымдарды алуға мүмкіндік береді. Есептеу қуатын жоғарылату генетикалық прекурсорларды бейімделуге, қоршаған ортаның өзгеруіне және жабайы түрлердің тұрақтылығына тезірек талдау жасауға мүмкіндік береді.

Сурет: қалпына келтіру және қалпына келтіру

5. Геномды редакциялау

CRISPR сияқты жетістіктер соңғы бес жыл ішінде геномды өңдеуді анағұрлым дәл және қол жетімді етті. Жабайы табиғат менеджерлері қазір ұйқысыз болуы мүмкін ауруларға қарсы тұрудың белсенді әдісін қолданады. Сонымен қатар жаңа ауруларға қарсы тұруға мүмкіндік беретін басқа түрлердің генетикалық белгілерін «ойнауға» болады. Сонымен қатар, геномды редакциялау нәзік және құрып кету қаупі бар маржан рифтік жүйелерінің дамуын тездетіп, оларды жылы және қышқыл мұхиттарға икемді етеді.

6. Гендік жетек

Кеміргіштер, құрбандыққа арналған шошқалар мен жәндіктер сияқты зиянды емес түрлердің шапқыншылығы биоәртүрлілікке, әсіресе биологиялық әртүрлілікке бай кішкентай аралдарға маңызды ғаламдық қауіп болып табылады. Мұндай түрлерді жоюдың дәстүрлі тәсілдеріне әдетте зиянды мақсатты емес әсер етуі мүмкін қуатты биоцидтер жатады. Жаңа генетикалық құралдар көмектесе алады.

Гендік жетек дегеніміз - белгілі бір ген немесе гендік нұсқаның жоғары жиілікте мұраланатын процесс. Мысалы, инвазивті кеміргіштер мәселесін шешу үшін егеуқұйрықтардың аралдық популяциясының жыныстық қатынасын өзгертуге, олардың еркек болып өсуіне және тұқым қуалай алмауына ген генін қолдануға болады. Бұл технологиядағы жетістіктер мұндай белгілерді реттеуге, аймақтық және қайтымды етуге мүмкіндік береді.

Гендік жетек технологиясы ауруды жояды. Масалардың адамның безгек, зика және денге безгегі сияқты ауруларды, сондай-ақ құстар сияқты жабайы табиғаттағы ауруларды жоя алатын мүмкіндігі бар.

Егер гендік жетектер жауапкершілікпен қолданылса, олар потенциалды трансформациялық жаңа құрал болып табылады. Алайда, дискінің жоғары мұрагерлік қабілеті гендік-гендік технологияны далалық қолдану үшін даулы жағдай туғызады. Бақытымызға орай, консервациялау үшін гендік жетектің бірнеше типтері дамуда, бұл мақсатты популяция шегінен тыс таралуын болдырмау үшін әртүрлі әдістемелерді қолданады.

7. Жетілдірілген репродуктивті технологиялар

Геномика, жетілдірілген репродуктивті әдістер және клондау мал шаруашылығында, әсіресе мал өсіру үшін бұқалар өндіруде және поло мен шоу-шоу спорты бойынша ең жақсы спортшылар үшін қолданылады. Криопрессорланған тіндер болған кезде клондау қауіпті түрде жойылып бара жатқан түрлерге, сондай-ақ популяцияның ауыртпалығынан зардап шеккендерге жаңа генетикалық әртүрлілік әкелуі мүмкін. Клондау сүтқоректілердің бірнеше түрлеріне, соның ішінде Солтүстік Америкадағы қара аяқты паромға, Еуропадағы букардоға және Африкадағы солтүстік ақ мүйізтұмсықтарға жаңа үміт береді.

8. Екі реттік РНҚ

Дүниежүзілік сауда және саяхат кездейсоқ дамыған қорғаныссыз ландшафттар мен түрлерге саңырауқұлақ ауруларын енгізеді. Жаңа геномдық технологиялар ауруға қарсы тұру үшін және инфекцияның вируленттілігін төмендету үшін әлеуетті құралдар жиынтығымен қамтамасыз етеді. Атап айтқанда, ауруды басқарудың қуатты құралы ретінде қысқа, қос тізбекті РНҚ (dSRNA) пайда болады.

Ауылшаруашылық өндірісіне қауіп төндіретін түрлі саңырауқұлақ ауруларын бақылаудың бұл технологиясын жасау үшін айтарлықтай коммерциялық инвестициялар болды. dSRNAлар белгілі бір нысанадан тыс әсерлері бар нақты патогенді түрлерді басқарудың тиімді, экологиялық таза әдісін ұсынады. Солтүстік Америкадағы жарылыс популяциясы ақ мұрын синдромы деп аталатын саңырауқұлақ патогеніне байланысты құлады. Бұл технология осы биттердің өмір сүруіне және қалпына келуіне мүмкіндік береді.

9. Жабайы табиғат өнімдеріне синтетикалық балама

Табиғи өнімдерді биомедициналық және тұтынушылық пайдалану үшін артық пайдалану жойылу қаупін тудырады немесе қауіп төндіреді. Синтетикалық биология жабайы табиғат өнімдеріне деген сұранысты қанағаттандыру үшін өндірістің жаңа әдістерін ұсынады. Мысалы, инъекциялық дәрі-дәрмектер мен вакциналардың қауіпсіздігін тексеруде қолданылатын ерекше ақуыз үшін жиналып, қытырлақ крабдарды синтетикалық баламаға ауыстыруға болады.

Сурет: қалпына келтіру және қалпына келтіру

Төртінші өнеркәсіптік революция кезіндегі биоәртүрлілік

Жеке меншік сектордың инновацияларын, мемлекеттік секторды басқаруды және көптеген жаңа технологияларды қолданатын жаңа мемлекеттік-жеке меншік серіктестік биологиялық әртүрлілікті сақтау құралдарын жаңарта алады. Сондай-ақ биотехнологияны сақтаудың заңдылығына және оны пайдалану төңірегінде консенсус жасауға назар аудару керек.

Дұрыс генетикалық құралдар мен серіктестіктің арқасында жойылуды азайтуға болады.

Алғашында www.weforum.org сайтында жарияланған.