9 เครื่องมือทางพันธุกรรมที่ยอดเยี่ยมที่สามารถบันทึกความหลากหลายทางชีวภาพ

การโคลนนิ่งอาจสร้างความหวังให้กับแรดขาวที่อยู่ใกล้สูญพันธุ์อย่างยิ่ง ภาพ: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain สภามหาสมุทรแห่งชาติของรัฐบาลมอริเชียส

Ryan Phelan ผู้ร่วมก่อตั้งและผู้อำนวยการบริหาร Revive & Restore

โทมัสมาโลนี่ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์การอนุรักษ์ฟื้นฟูและฟื้นฟู

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของการประชุมประจำปี World Economic Forum

เรากำลังเผชิญกับวิกฤตความหลากหลายทางชีวภาพทั่วโลก นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าสัตว์นับหมื่นสายพันธุ์จะสูญพันธุ์ไปทุก ๆ ปี เกือบครึ่งหนึ่งของความหลากหลายทางชีวภาพของโลกได้หายไปตั้งแต่ปี 1970 ตามดัชนี Living Planet

แนวโน้มที่น่าเป็นห่วงเหล่านี้ไม่แสดงสัญญาณของการชะลอตัว อันที่จริงประชากรและการเติบโตทางเศรษฐกิจการทำลายถิ่นที่อยู่อาศัยอย่างกว้างขวางชนิดแพร่กระจายโรคสัตว์ป่าและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเพิ่มแรงกดดัน

ภาพ: ฟื้นฟูและกู้คืน

เพื่อปกป้องความหลากหลายทางชีวภาพของโลกเราจำเป็นต้องมีวิธีการใหม่ที่เป็นนวัตกรรม โชคดีที่ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สี่ในด้านเทคโนโลยีชีวภาพถือเป็นสัญญา เครื่องมือทางพันธุกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพใหม่ถูกนำมาใช้ในระบบการแพทย์และการเกษตรโดยเฉพาะในพืชและสัตว์เลี้ยง เทคโนโลยีชีวภาพก้าวหน้าในอัตราที่เร็วกว่ากฎของมัวร์ซึ่งเห็นพลังการประมวลผลไมโครชิพเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ สองปีในขณะที่ต้นทุนลดลงครึ่งหนึ่ง

ดังที่เส้นโค้งคาร์ลสันแสดงให้เห็นข้างต้นต้นทุนในการหาลำดับจีโนมลดลงจาก 100 ล้านดอลลาร์ในปี 2544 เหลือต่ำกว่า 1,000 ดอลลาร์ในทุกวันนี้ ตอนนี้เราไม่สามารถอ่านรหัสทางชีววิทยาได้เร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังสามารถเขียนและออกแบบได้ด้วยวิธีการใหม่ ๆ

นี่คือเทคโนโลยีชีวภาพใหม่หรือที่เกิดขึ้นใหม่เก้าเทคโนโลยีที่สามารถช่วยปกป้องธรรมชาติ

1. Biobanking และการเก็บรักษาด้วยความเย็น

Biobanks เก็บตัวอย่างทางชีวภาพเพื่อการวิจัยและเป็นทรัพยากรสำรองเพื่อรักษาความหลากหลายทางพันธุกรรม ตัวอย่างเช่นสวนสัตว์แช่แข็งซานดิเอโก, โครงการ Frozen Ark และธนาคารเมล็ดพันธุ์มากมาย ตัวอย่างให้เนื้อเยื่อเส้นเซลล์และข้อมูลทางพันธุกรรมที่สามารถสร้างพื้นฐานสำหรับการฟื้นฟูและฟื้นฟูสัตว์ป่าใกล้สูญพันธุ์ ในการเปิดใช้งานสิ่งนี้จะต้องมีการเก็บตัวอย่างทางชีวภาพจากสัตว์ที่สูญพันธุ์ซึ่งต้องสูญพันธุ์

2. ดีเอ็นเอโบราณ

Ancient DNA (aDNA) เป็น DNA ที่ถูกดึงออกมาจากตัวอย่างของพิพิธภัณฑ์หรือแหล่งโบราณคดีถึงพันปี DNA จะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วดังนั้น aDNA ส่วนใหญ่มาจากตัวอย่างที่อายุน้อยกว่า 50,000 ปีและจากสภาพอากาศหนาวเย็น ตัวอย่างที่เก่าแก่ที่สุดที่บันทึกด้วย DNA ที่ดึงกลับคืนได้นั้นเป็นม้าที่ขุดขึ้นมาจากพื้นดินที่แข็งตัวในยูคอนแคนาดา มีอายุระหว่าง 560,000 ถึง 780,000 ปี

เพื่อจุดประสงค์ในการอนุรักษ์ aDNA สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิวัฒนาการและพันธุศาสตร์ประชากรและเปิดเผยการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายซึ่งพัฒนาขึ้นตามกาลเวลา นอกจากนี้ยังอาจช่วยให้เราสามารถกู้คืน“ อัลลีลที่สูญพันธุ์” ที่มีคุณค่าเพื่อคืนความหลากหลายทางพันธุกรรมอย่างเต็มรูปแบบให้กับสปีชีส์ที่พร่องพันธุกรรมโดยประชากรขนาดเล็ก มีความหวังที่จะคืนชนิดสูญพันธุ์ให้มีชีวิตและบทบาทของระบบนิเวศในป่า

(ป.ล. ขออภัยไม่มีไดโนเสาร์“ คุณไม่สามารถโคลนจากหินได้”)

3. การหาลำดับจีโนม

การหาลำดับจีโนมความเร็วสูงสร้างจีโนมอ้างอิงที่สามารถให้รากฐานสำหรับการทำความเข้าใจสายพันธุ์ทางพันธุกรรมและสามารถทำหน้าที่เป็นหน่วยการสร้างสำหรับพันธุวิศวกรรมในอนาคต ความคิดริเริ่มหลายอย่างมุ่งเน้นไปที่การจัดลำดับชีวิตบนโลกสร้างทรัพยากรที่ไม่มีใครเทียบเพื่อจับภาพความหลากหลายทางพันธุกรรมของชีวิต จีโนม 10K, Fish-T1K (transcriptomes จำนวน 1,000 ปลา) และโครงการ Genian Avian เป็นตัวอย่างที่โดดเด่น

เครื่องมือการจัดลำดับอย่างรวดเร็วด้วยความครอบคลุมที่ต่ำกว่าจีโนมอ้างอิงสามารถใช้ในการศึกษาประชากรได้อย่างคุ้มค่า พวกเขาสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการวางแผนการอนุรักษ์ปรับปรุงการประมงและการควบคุมสัตว์ป่าและปรับปรุงผลการฟื้นฟู

การหาลำดับจีโนมขั้นสูงช่วยให้นักวิจัยสามารถระบุเครื่องหมายทางพันธุกรรมที่ถ่ายทอดความต้านทานต่อโรคหรือองค์ประกอบอื่น ๆ ของการออกกำลังกายแบบปรับตัว

4. ชีวสารสนเทศศาสตร์

ชีวสารสนเทศศาสตร์ - การรวมกันของการประมวลผลข้อมูลข้อมูลขนาดใหญ่ปัญญาประดิษฐ์และชีววิทยา - นำมุมมองใหม่เกี่ยวกับความพยายามในการอนุรักษ์ มันช่วยให้ฟังก์ชั่นจีโนมิกโปรตีโอมิกส์และการถอดความ - วิทยาศาสตร์ของจีโนมโปรตีนและอาร์เอ็นเอ transcripts ตามลำดับ การเพิ่มพลังในการคำนวณช่วยให้สามารถวิเคราะห์สารตั้งต้นทางพันธุกรรมได้เร็วขึ้นเพื่อการปรับตัวความยืดหยุ่นต่อการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมและความเกี่ยวข้องในสายพันธุ์ป่า

ภาพ: ฟื้นฟู & คืนค่า

5. การแก้ไขจีโนม

ความก้าวหน้าเช่น CRISPR ทำให้การแก้ไขจีโนมแม่นยำและเข้าถึงได้มากขึ้นในช่วงห้าปีที่ผ่านมา ผู้จัดการสัตว์ป่าในตอนนี้มีวิธีการกำหนดเป้าหมายเพื่อเปิดใช้งานการดื้อต่อโรคที่อาจแฝงตัวอยู่ นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะ "เคาะ" ลักษณะทางพันธุกรรมจากสายพันธุ์อื่นที่ช่วยให้การต่อต้านโรคใหม่ ยิ่งไปกว่านั้นการแก้ไขจีโนมสามารถเร่งการพัฒนาระบบแนวปะการังที่เปราะบางและใกล้สูญพันธุ์ทำให้พวกมันมีความยืดหยุ่นมากขึ้นต่อความอบอุ่นและมหาสมุทรที่เป็นกรดมากขึ้น

6. ยีนไดรฟ์

การบุกรุกของศัตรูพืชที่ไม่ใช่เจ้าของภาษาเช่นหนูหมูและแมลงดุร้ายเป็นภัยคุกคามที่สำคัญทั่วโลกต่อความหลากหลายทางชีวภาพโดยเฉพาะบนเกาะเล็ก ๆ ที่มีความหลากหลายทางชีวภาพ วิธีการดั้งเดิมในการกำจัดสปีชีส์เหล่านี้มักเกี่ยวข้องกับไบโอไซด์ที่ทรงพลังซึ่งอาจมีผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อเป้าหมาย เครื่องมือพันธุกรรมใหม่ ๆ อาจช่วยได้

ไดรฟ์ของยีนเป็นกระบวนการที่ยีนหรือตัวแปรของยีนเฉพาะที่สืบทอดที่ความถี่สูง ตัวอย่างเช่นเพื่อแก้ไขปัญหาของสัตว์ฟันแทะที่แพร่กระจายยีนสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนเพศของประชากรเกาะหนูเพื่อให้พวกเขากลายเป็นเพศชายทั้งหมดและล้มเหลวในการผสมพันธุ์ ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีนี้สามารถทำให้คุณสมบัติดังกล่าวสามารถปรับเปลี่ยนได้ตามภูมิภาคและย้อนกลับได้

เทคโนโลยีการขับเคลื่อนของยีนสามารถกำจัดโรคได้ มีความเป็นไปได้ที่จะกำจัดความสามารถของยุงในการขนส่งโรคของมนุษย์เช่นมาลาเรียซิกาและไข้เลือดออกรวมถึงโรคสัตว์ป่าเช่นมาลาเรียนก

หากนำไปใช้อย่างรับผิดชอบไดรฟ์ของยีนจะเป็นเครื่องมือใหม่ที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ อย่างไรก็ตามการสืบทอดที่สูงของไดรฟ์ทำให้การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีไดรฟ์ของยีนขัดแย้งกันอย่างเข้าใจ โชคดีสำหรับการอนุรักษ์ไดรฟ์ของยีนหลายชนิดกำลังพัฒนาใช้วิธีการต่าง ๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการแพร่กระจายของไดรฟ์เกินประชากรเป้าหมาย

7. เทคโนโลยีการสืบพันธุ์ขั้นสูง

จีโนมเทคนิคการสืบพันธุ์ขั้นสูงและการโคลนนิ่งกำลังถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในภาคการเลี้ยงสัตว์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตวัวสำหรับการปรับปรุงพันธุ์วัวและสำหรับนักกีฬาม้าที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในโปโลและการแสดงโชว์ เมื่อมีเนื้อเยื่อ cryopreserved การโคลนนิ่งสามารถนำความหลากหลายทางพันธุกรรมใหม่ ๆ มาสู่เผ่าพันธุ์ที่ไม่สำคัญอย่างยิ่งเช่นเดียวกับผู้ที่ได้รับความเดือดร้อนผ่านคอขวดของประชากร การโคลนนิ่งเป็นความหวังใหม่สำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายสายพันธุ์รวมถึงคุ้กกี้เท้าดำในอเมริกาเหนือบูคาร์โดในยุโรปและแรดขาวเหนือในแอฟริกา

8. RNA ที่ควั่นเป็นคู่

การค้าและการท่องเที่ยวทั่วโลกโดยไม่ได้ตั้งใจจะแนะนำโรคเชื้อราให้กับทิวทัศน์และสายพันธุ์ที่ขาดการป้องกันแบบวิวัฒนาการ เทคโนโลยีจีโนมใหม่ให้ชุดเครื่องมือที่มีศักยภาพในการถ่ายทอดความต้านทานโรคและลดความรุนแรงของการติดเชื้อ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง RNAs สั้น ๆ ที่มีเกลียวคู่ (dsRNAs) เกิดขึ้นเป็นเครื่องมือการจัดการโรคที่มีประสิทธิภาพ

มีการลงทุนเชิงพาณิชย์จำนวนมากเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนี้เพื่อควบคุมโรคเชื้อราต่าง ๆ ที่คุกคามการผลิตทางการเกษตร dsRNAs นำเสนอวิธีที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการควบคุมสปีชีส์ที่ทำให้เกิดโรคเฉพาะที่มีผลกระทบไม่กี่เป้าหมาย ประชากรค้างคาวในอเมริกาเหนือล้มเหลวเนื่องจากเชื้อโรคเชื้อราที่เรียกว่าดาวน์ซินโดรมจมูกขาว เทคโนโลยีนี้สามารถเปิดใช้งานค้างคาวเหล่านี้เพื่อความอยู่รอดและการกู้คืน

9. ทางเลือกสังเคราะห์สำหรับผลิตภัณฑ์สัตว์ป่า

การใช้ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมากเกินไปเพื่อการแพทย์และผู้บริโภคยังคงก่อให้เกิดหรือคุกคามต่อการสูญพันธุ์ ชีววิทยาสังเคราะห์เสนอวิธีการผลิตใหม่เพื่อทดแทนความต้องการผลิตภัณฑ์สัตว์ป่า ยกตัวอย่างเช่นปูเกือกม้าซึ่งเก็บเกี่ยวและมีโปรตีนชนิดพิเศษที่ใช้ในการทดสอบความปลอดภัยของยาและวัคซีนที่ฉีดได้อาจถูกแทนที่ด้วยทางเลือกสังเคราะห์

ภาพ: ฟื้นฟูและกู้คืน

ความหลากหลายทางชีวภาพในการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สี่

ความร่วมมือระหว่างภาครัฐและเอกชนใหม่การควบคุมนวัตกรรมของภาคเอกชนการดูแลของภาครัฐและเทคโนโลยีใหม่หลายอย่างสามารถช่วยให้กล่องเครื่องมือการอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพมีความทันสมัย ความสนใจจะต้องมุ่งเน้นไปที่ความชอบธรรมของเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อการอนุรักษ์และการพัฒนาฉันทามติในการใช้งาน

ด้วยเครื่องมือและความร่วมมือทางพันธุกรรมที่เหมาะสมเราอาจสามารถเปลี่ยนกระแสความสูญพันธุ์

เผยแพร่ครั้งแรกที่ www.weforum.org