9 coole genetische Werkzeuge, die die biologische Vielfalt retten könnten

Das Klonen könnte Hoffnung für vom Aussterben bedrohte weiße Nashörner im Norden geben. Bild: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain National Ocean Council der Regierung von Mauritius

Ryan Phelan Mitbegründer und Executive Director, Revive & Restore

Thomas Maloney Direktor für Naturschutzwissenschaften, Wiederbelebung und Wiederherstellung

Dieser Artikel ist Teil des Jahrestreffens des Weltwirtschaftsforums

Wir stehen vor einer globalen Biodiversitätskrise. Nach Schätzungen von Wissenschaftlern sterben jedes Jahr Zehntausende von Tierarten aus. Laut dem Living Planet Index ist seit den 1970er Jahren fast die Hälfte der weltweiten Artenvielfalt verschwunden.

Diese besorgniserregenden Trends zeigen keine Anzeichen einer Verlangsamung. In der Tat erhöhen das Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum, die weit verbreitete Zerstörung von Lebensräumen, invasive Arten, Wildtierkrankheiten und der Klimawandel den Druck.

Bild: Wiederbeleben und wiederherstellen

Um die biologische Vielfalt unseres Planeten zu schützen, brauchen wir innovative neue Ansätze. Glücklicherweise sind die raschen Fortschritte der vierten industriellen Revolution in der Biotechnologie vielversprechend. Neue genetische und biotechnologische Instrumente werden bereits in der Medizin und in landwirtschaftlichen Systemen eingesetzt, insbesondere in Kulturpflanzen und Haustieren. Die Biotechnologie schreitet noch schneller voran als das Mooresche Gesetz, bei dem sich die Verarbeitungsleistung von Mikrochips alle zwei Jahre verdoppelte, während die Kosten um die Hälfte sanken.

Wie die obige Carlson-Kurve zeigt, sind die Kosten für die Sequenzierung eines Genoms von 100 Millionen US-Dollar im Jahr 2001 auf heute unter 1000 US-Dollar gesunken. Wir können jetzt nicht nur biologischen Code schneller lesen, sondern auch auf neue Weise damit schreiben und gestalten.

Hier sind neun neue oder aufkommende Biotechnologien, die zum Schutz der Natur beitragen könnten.

1. Biobanking und Kryokonservierung

Biobanken speichern biologische Proben für Forschungszwecke und als Ersatzressource zur Erhaltung der genetischen Vielfalt. Beispiele hierfür sind der San Diego Frozen Zoo, die Frozen Ark-Projekte und zahlreiche Samenbanken. Proben liefern Gewebe, Zelllinien und genetische Informationen, die die Grundlage für die Wiederherstellung und Wiederherstellung gefährdeter Wildtiere bilden können. Um dies zu ermöglichen, muss eine fortlaufende Entnahme biologischer Proben von Arten erfolgen, die vom Aussterben bedroht sind.

2. Alte DNA

Alte DNA (aDNA) ist DNA, die aus Museumsproben oder archäologischen Stätten gewonnen wurde, die bis zu Tausenden von Jahren alt sind. Die DNA wird schnell abgebaut, daher stammt die meiste aDNA aus Proben, die jünger als 50.000 Jahre alt sind, und aus kalten Klimazonen. Das älteste mit abrufbarer DNA aufgenommene Exemplar ist ein Pferd, das in Yukon, Kanada, aus gefrorenem Boden ausgegraben wurde. Es wurde auf ein Alter zwischen 560.000 und 780.000 Jahren datiert.

Zu Erhaltungszwecken kann aDNA Einblicke in die Evolution und Populationsgenetik geben und schädliche Mutationen aufdecken, die sich im Laufe der Zeit entwickelt haben. Es kann uns auch ermöglichen, wertvolle „ausgestorbene Allele“ wiederzugewinnen und die vollständige genetische Vielfalt an Arten zurückzugeben, die durch kleine oder fragmentierte Populationen genetisch erschöpft wurden. Es besteht sogar die Aussicht, ausgestorbene Arten wieder zum Leben zu erwecken und ihre alten ökologischen Rollen in freier Wildbahn zu übernehmen.

(PS. Sorry, keine Dinosaurier. "Du kannst nicht aus Stein klonen.")

3. Genomsequenzierung

Die Genomsequenzierung mit hohem Durchsatz schafft ein Referenzgenom, das die Grundlage für das genetische Verständnis einer Art bilden und in Zukunft als Bausteine ​​für die Gentechnik dienen kann. Mehrere Initiativen konzentrieren sich auf die Sequenzierung des Lebens auf der Erde und schaffen eine konkurrenzlose Ressource, um die genetische Vielfalt des Lebens zu erfassen. Genome 10K, das Fish-T1K (Transkriptome von 1.000 Fischen) und das Avian Genomes Project sind bemerkenswerte Beispiele.

Schnelle Sequenzierungswerkzeuge mit einer geringeren Abdeckung als ein Referenzgenom können verwendet werden, um Populationen kostengünstig zu untersuchen. Sie können Einblicke in die Naturschutzplanung geben, die Fischerei- und Wildtierbestimmungen verbessern und die Ergebnisse der Wiederherstellung verbessern.

Die fortschrittliche Genomsequenzierung ermöglicht es Forschern, genetische Marker zu identifizieren, die Resistenz gegen Krankheiten oder andere Elemente der adaptiven Fitness vermitteln.

4. Bioinformatik

Die Bioinformatik - die Verschmelzung von Datenverarbeitung, Big Data, künstlicher Intelligenz und Biologie - eröffnet neue Perspektiven für Umweltschutzbemühungen. Es ermöglicht Genomik, Proteomik und Transkriptomik - die Wissenschaften über Genome, Proteine ​​und RNA-Transkripte. Die Erhöhung der Rechenleistung ermöglicht eine schnellere Analyse der genetischen Vorläufer für Anpassung, Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen und Verwandtschaft bei Wildarten.

Bild: Wiederbeleben & Wiederherstellen

5. Genom-Bearbeitung

Fortschritte wie CRISPR haben die Bearbeitung des Genoms in den letzten fünf Jahren viel präziser und zugänglicher gemacht. Wildlife Manager haben jetzt eine gezielte Möglichkeit, die möglicherweise ruhende Krankheitsresistenz zu aktivieren. Es ist auch möglich, genetische Merkmale einer anderen Art „einzuschalten“, um Resistenzen gegen neue Krankheiten zu ermöglichen. Darüber hinaus könnte die Bearbeitung des Genoms die Entwicklung fragiler und gefährdeter Korallenriffsysteme beschleunigen und sie widerstandsfähiger gegenüber wärmeren und saureren Ozeanen machen.

6. Genantrieb

Die Invasion nicht heimischer Schädlingsarten wie Nagetiere, Wildschweine und Insekten stellt eine erhebliche globale Bedrohung für die biologische Vielfalt dar, insbesondere auf kleinen Inseln, die reich an biologischer Vielfalt sind. Traditionelle Ansätze zur Ausrottung solcher Arten beinhalten normalerweise starke Biozide, die schädliche Nebenwirkungen haben können. Neue genetische Werkzeuge können helfen.

Ein Genantrieb ist der Prozess, durch den ein bestimmtes Gen oder eine bestimmte Genvariante mit hoher Frequenz vererbt wird. Um beispielsweise das Problem der invasiven Nagetiere anzugehen, könnte ein Genantrieb angewendet werden, um das Geschlechtsverhältnis einer Inselpopulation von Ratten so zu verändern, dass sie alle männlich werden und sich nicht vermehren. Fortschritte in dieser Technologie können es ermöglichen, dass solche Merkmale anpassbar, regional und reversibel sind.

Die Gen-Antriebstechnologie könnte Krankheiten ausrotten. Es scheint möglich zu sein, die Fähigkeit einer Mücke zu beseitigen, menschliche Krankheiten wie Malaria, Zika und Dengue-Fieber sowie Wildtierkrankheiten wie Vogelmalaria zu übertragen.

Bei verantwortungsvoller Anwendung stellen Genantriebe ein potenziell transformatives neues Werkzeug dar. Die hohe Vererbung des Laufwerks macht die Feldanwendung der Genantriebstechnologie jedoch verständlicherweise umstritten. Glücklicherweise sind zur Erhaltung verschiedene Arten von Genantrieben in der Entwicklung, die unterschiedliche Methoden anwenden, um die Ausbreitung des Antriebs über die Zielpopulation hinaus zu vermeiden.

7. Fortgeschrittene Fortpflanzungstechnologien

Genomik, fortschrittliche Fortpflanzungstechniken und Klonen werden in der Tierhaltung immer häufiger eingesetzt, insbesondere bei der Herstellung von Bullen für die Viehzucht und für leistungsstarke Pferdesportler im Polo- und Springreiten. Wenn es kryokonservierte Gewebe gibt, kann das Klonen kritisch gefährdeten Arten sowie solchen, die unter einem Populationsengpass gelitten haben, neue genetische Vielfalt bringen. Das Klonen bietet neuen Säugetierarten neue Hoffnung, darunter dem Schwarzfußfrettchen in Nordamerika, dem Bucardo in Europa und dem nördlichen weißen Nashorn in Afrika.

8. Doppelsträngige RNA

Der weltweite Handel und das weltweite Reisen führen versehentlich zu Pilzkrankheiten in Landschaften und Arten, denen eine weiterentwickelte Verteidigung fehlt. Neue genomische Technologien bieten eine Reihe potenzieller Werkzeuge, um Krankheitsresistenzen zu vermitteln und die Virulenz einer Infektion zu verringern. Insbesondere kurze doppelsträngige RNAs (dsRNAs) entwickeln sich zu einem leistungsstarken Instrument für das Krankheitsmanagement.

Es wurden erhebliche kommerzielle Investitionen getätigt, um diese Technologie zur Bekämpfung verschiedener Pilzkrankheiten zu entwickeln, die die landwirtschaftliche Produktion bedrohen. dsRNAs bieten eine effektive und umweltfreundliche Möglichkeit, bestimmte pathogene Spezies mit wenigen Effekten außerhalb des Ziels zu kontrollieren. Fledermauspopulationen in Nordamerika sind aufgrund eines Pilzpathogens, das als Weißnasen-Syndrom bekannt ist, abgestürzt. Diese Technologie könnte es diesen Fledermäusen ermöglichen, zu überleben und sich zu erholen.

9. Synthetische Alternativen zu Wildtierprodukten

Die übermäßige Verwendung von Naturprodukten für biomedizinische Zwecke und für Verbraucher führt weiterhin zum Aussterben oder zur Bedrohung. Die synthetische Biologie bietet neue Herstellungsmethoden, um die Nachfrage nach Wildtierprodukten zu ersetzen. Beispielsweise könnten Pfeilschwanzkrebse, die für ein einzigartiges Protein geerntet und ausgeblutet werden, das bei Sicherheitstests für injizierbare Arzneimittel und Impfstoffe verwendet wird, durch eine synthetische Alternative ersetzt werden.

Bild: Wiederbeleben und wiederherstellen

Biodiversität in der vierten industriellen Revolution

Eine neue öffentlich-private Partnerschaft, die Innovationen des Privatsektors, die Verantwortung des öffentlichen Sektors und mehrere neue Technologien nutzt, könnte zur Modernisierung der Toolbox zur Erhaltung der biologischen Vielfalt beitragen. Das Augenmerk muss auch auf die Legitimität der Biotechnologie für die Erhaltung und die Entwicklung eines Konsenses über ihre Verwendung gerichtet werden.

Mit den richtigen genetischen Instrumenten und Partnerschaften können wir möglicherweise das Blatt für das Aussterben wenden.

Ursprünglich veröffentlicht unter www.weforum.org.