9 fantastici strumenti genetici che potrebbero salvare la biodiversità

La clonazione potrebbe offrire speranza ai rinocerosi bianchi settentrionali in pericolo di estinzione. Immagine: REUTERS / Christian Hartmann

Nishan Degnarain National Ocean Council del governo di Mauritius

Ryan Phelan Co-fondatore e direttore esecutivo, Revive & Restore

Thomas Maloney Direttore di Conservation Science, Revive and Restore

Questo articolo fa parte dell'incontro annuale del World Economic Forum

Siamo di fronte a una crisi globale della biodiversità. Decine di migliaia di specie animali si stanno estinguendo ogni anno, stimano gli scienziati. Quasi la metà della biodiversità mondiale è scomparsa dagli anni '70, secondo l'indice Living Planet.

Queste tendenze preoccupanti non mostrano alcun segno di rallentamento. In effetti, la crescita della popolazione e dell'economia, la distruzione diffusa dell'habitat, le specie invasive, le malattie della fauna selvatica e i cambiamenti climatici aumentano la pressione.

Immagine: Revive and Restore

Per salvaguardare la biodiversità del nostro pianeta, abbiamo bisogno di nuovi approcci innovativi. Fortunatamente, i rapidi progressi della quarta rivoluzione industriale nella biotecnologia sono promettenti. Nuovi strumenti genetici e biotecnologici sono già in uso in medicina e sistemi agricoli, in particolare nelle colture e negli animali domestici. Le biotecnologie stanno avanzando a un ritmo ancora più rapido di quello della Legge di Moore, che ha visto raddoppiare la potenza di elaborazione dei microchip ogni due anni mentre i costi sono diminuiti della metà.

Come mostra la curva Carlson sopra, il costo del sequenziamento di un genoma è sceso da $ 100 milioni nel 2001 a $ 1000 oggi. Ora siamo in grado non solo di leggere il codice biologico più velocemente, ma anche di scrivere e progettare con esso in nuovi modi.

Ecco nove nuove o emergenti biotecnologie che potrebbero aiutare a salvaguardare la natura.

1. Biobanca e crio-conservazione

Le biobanche conservano campioni biologici per la ricerca e come risorsa di riserva per preservare la diversità genetica. Esempi includono lo zoo di San Diego Frozen, i progetti di Frozen Ark e numerose banche di semi. I campioni forniscono tessuti, linee cellulari e informazioni genetiche che possono costituire la base per ripristinare e recuperare la fauna selvatica in via di estinzione. Per consentire ciò, deve essere effettuata la raccolta continua di campioni biologici da specie in via di estinzione.

2. DNA antico

Il DNA antico (aDNA) è il DNA che è stato estratto da esemplari di musei o siti archeologici risalenti a migliaia di anni fa. Il DNA si degrada rapidamente, quindi la maggior parte degli aDNA proviene da campioni di età inferiore ai 50.000 anni e da climi freddi. Il più antico esemplare registrato con DNA recuperabile è un cavallo rinvenuto da un terreno ghiacciato nello Yukon, in Canada. È stato datato tra 560.000 a 780.000 anni.

Ai fini della conservazione, aDNA può fornire informazioni sull'evoluzione e sulla genetica delle popolazioni e rivelare mutazioni deletere che si sono sviluppate nel tempo. Potrebbe anche permetterci di recuperare preziosi "alleli estinti", per restituire la piena diversità genetica alle specie che sono state esaurite geneticamente da popolazioni piccole o frammentate. Vi è persino la prospettiva di riportare in vita specie estinte e i loro vecchi ruoli ecologici in natura.

(PS. Scusa, no dinosauri. "Non puoi clonare dalla pietra.")

3. Sequenziamento del genoma

Il sequenziamento del genoma ad alto rendimento crea un genoma di riferimento che può fornire le basi per la comprensione genetica di una specie e può fungere da base per l'ingegneria genetica in futuro. Diverse iniziative sono focalizzate sul sequenziamento della vita sulla Terra, creando una risorsa senza rivali per catturare la diversità genetica della vita. Il genoma 10K, il Fish-T1K (trascrittomi di 1.000 pesci) e il progetto sui genomi aviari sono esempi notevoli.

Strumenti di sequenziamento rapido, con una copertura inferiore rispetto a un genoma di riferimento, possono essere utilizzati per studiare le popolazioni in modo economico. Possono fornire informazioni sulla pianificazione della conservazione, migliorare la regolamentazione della pesca e della fauna selvatica e migliorare i risultati del ripristino.

Il sequenziamento del genoma avanzato consente ai ricercatori di identificare marcatori genetici che trasmettono resistenza alle malattie o ad altri elementi di idoneità adattativa.

4. Bioinformatica

La bioinformatica - la fusione di elaborazione dei dati, big data, intelligenza artificiale e biologia - porta nuove prospettive sugli sforzi di conservazione. Consente la genomica, la proteomica e la trascrittomica, rispettivamente le scienze dei genomi, delle proteine ​​e delle trascrizioni dell'RNA. L'aumento della potenza di calcolo consente un'analisi più rapida dei precursori genetici dell'adattamento, della resilienza ai cambiamenti ambientali e della relazione nelle specie selvatiche.

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5. Modifica del genoma

Progressi come CRISPR hanno reso l'editing del genoma molto più preciso e accessibile negli ultimi cinque anni. I gestori della fauna selvatica hanno ora un modo mirato per attivare la resistenza alle malattie che può essere inattiva. È anche possibile "mettere a segno" tratti genetici di un'altra specie, consentendo la resistenza a nuove malattie. Inoltre, l'editing del genoma potrebbe accelerare lo sviluppo di sistemi di barriera corallina fragili e in pericolo, rendendoli più resistenti agli oceani più caldi e acidi.

6. Unità genica

L'invasione di specie di parassiti non autoctoni, come roditori, maiali selvatici e insetti, costituisce una significativa minaccia globale alla biodiversità, in particolare sulle piccole isole ricche di biodiversità. Gli approcci tradizionali all'eradicazione di tali specie di solito implicano potenti biocidi che possono avere effetti dannosi fuori bersaglio. Nuovi strumenti genetici possono aiutare.

Un'unità genetica è il processo mediante il quale un particolare gene o variante genetica viene ereditata ad alta frequenza. Ad esempio, per affrontare il problema dei roditori invasivi, potrebbe essere applicato un impulso genetico per alterare il rapporto sessuale di una popolazione insulare di ratti in modo che diventino tutti maschi e non riescano a riprodursi. I progressi in questa tecnologia possono consentire a tali tratti di essere regolabili, regionali e reversibili.

La tecnologia di azionamento genico potrebbe sradicare la malattia. Sembra possibile eliminare la capacità di una zanzara di trasportare malattie umane come la malaria, la zika e la febbre dengue, nonché malattie della fauna selvatica come la malaria aviaria.

Se applicati in modo responsabile, le unità genetiche rappresentano un nuovo strumento potenzialmente trasformativo. Tuttavia, l'elevata eredità dell'azionamento rende comprensibilmente controversa l'applicazione sul campo della tecnologia di azionamento genico. Fortunatamente per la conservazione, sono in fase di sviluppo diversi tipi di unità genetica, che implementano metodologie diverse per evitare la diffusione dell'unità oltre la popolazione target.

7. Tecnologie riproduttive avanzate

La genomica, le tecniche riproduttive avanzate e la clonazione stanno diventando ampiamente applicate nel settore zootecnico, in particolare nella produzione di tori per l'allevamento del bestiame e per gli atleti equini più performanti nel polo e nel salto ostacoli. Quando ci sono tessuti crioconservati, la clonazione può portare una nuova diversità genetica alle specie in pericolo critico, nonché a quelle che hanno sofferto di un collo di bottiglia della popolazione. La clonazione offre nuove speranze per diverse specie di mammiferi, tra cui il furetto dai piedi neri in Nord America, il bucardo in Europa e il rinoceronte bianco settentrionale in Africa.

8. RNA a doppio filamento

Il commercio globale e i viaggi introducono inavvertitamente malattie fungine nei paesaggi e nelle specie prive di una difesa evoluta. Le nuove tecnologie genomiche offrono una serie di potenziali strumenti per trasmettere la resistenza alle malattie e ridurre la virulenza di un'infezione. In particolare, gli RNA corti a doppio filamento (dsRNA) stanno emergendo come un potente strumento di gestione delle malattie.

Vi sono stati significativi investimenti commerciali per sviluppare questa tecnologia per il controllo di varie malattie fungine che minacciano la produzione agricola. I dsRNA offrono un modo efficace ed ecologico per controllare specifiche specie patogene con pochi effetti fuori bersaglio. Le popolazioni di pipistrelli in Nord America si sono schiantate a causa di un patogeno fungino noto come sindrome del naso bianco. Questa tecnologia potrebbe consentire a questi pipistrelli di sopravvivere e recuperare.

9. Alternative sintetiche ai prodotti della fauna selvatica

L'uso eccessivo di prodotti naturali per uso biomedico e di consumo continua a causare o minacciare estinzioni. La biologia sintetica offre nuovi metodi di produzione per soppiantare la domanda di prodotti della fauna selvatica. Ad esempio, i granchi a ferro di cavallo, che vengono raccolti e sanguinati per una proteina unica utilizzata nei test di sicurezza di farmaci e vaccini iniettabili, potrebbero essere sostituiti da un'alternativa sintetica.

Immagine: Revive and Restore

Biodiversità nella quarta rivoluzione industriale

Un nuovo partenariato pubblico-privato, che sfrutta l'innovazione del settore privato, la gestione del settore pubblico e molteplici nuove tecnologie potrebbe contribuire a modernizzare la cassetta degli attrezzi per la conservazione della biodiversità. L'attenzione deve anche essere focalizzata sulla legittimità della biotecnologia per la conservazione e lo sviluppo di un consenso sul suo utilizzo.

Con i giusti strumenti e partenariati genetici, potremmo essere in grado di invertire la tendenza all'estinzione.

Originariamente pubblicato su www.weforum.org.