science >> Wetenschap >  >> Biologie

Hoe genenbanken werken

Een onderzoeker van het International Rice Research Institute brengt nieuwe rijstspecimens over naar zijn rijstgenenbank in de Filippijnen. Jens Aznar/AFP/Getty Images

Het is vrijwel onmogelijk om het idee van genenbanken te introduceren zonder het bijbelse verhaal van Noach ter sprake te brengen. De oudtestamentische figuur drukte twee van elk dier op een enorme houten boot om een ​​catastrofale overstroming uit te roeien. De regens kwamen, de boot droeg zijn kostbare lading boven de golven en al het andere verdronk in de diepte. Nadat het water eindelijk was gezakt, de dieren gingen van boord om een ​​verwoeste, drassige aarde.

Of je dit verhaal nu als feit of mythe beschouwt, Noachs onderneming vertoont veel opvallende overeenkomsten met de huidige pogingen om vast te stellen: genenbanken . Er zijn deze keer geen gigantische houten schepen, en de reikwijdte gaat veel verder dan het verzamelen van vee en exotische dieren. In plaats daarvan, onderzoekers zijn bezig met het verzamelen van genetische monsters van duizenden planten en dieren en deze op te slaan in bevroren kluizen.

van een organisme genen zijn in wezen de blauwdrukken, nauwgezet gedetailleerde DNA-strengen in elke levende cel. Door dit genetisch materiaal goed in te vriezen, we kunnen de blauwdrukken voor de komende eeuwen bewaren.

Aan de ene kant, deze inspanningen zijn zeer in overeenstemming met die van Noach. Er zijn momenteel meer dan 900 bedreigde diersoorten op de planeet, volgens de Amerikaanse Fish and Wildlife Service. In plaats van een vloed van God onder ogen te zien, ze worden grotendeels bedreigd door omstandigheden veroorzaakt door eeuwenlange menselijke expansie, uitbuiting en vervuiling. Als we hun genen nu behouden, wetenschappers denken dat we ze later door klonen opnieuw kunnen introduceren. Hetzelfde, ook veel soorten gewassen worden bedreigd.

Maar genenbanken zijn meer dan alleen een wereldwijd back-upsysteem voor de volgende keer dat de mensheid per ongeluk een belangrijk bestand verwijdert. Door de genetische masterplannen voor de planten en dieren van de planeet te verzamelen, we zijn beter in staat om de innerlijke werking van de natuurlijke wereld te bestuderen.

In dit artikel, we kijken naar de huidige inspanningen om de genen van de levende wezens op aarde te verzamelen en op te slaan, van voedselgewassen en uitgestorven dieren in het wild tot de DNA-profielen van hele menselijke populaties. Je zou kunnen zeggen dat we aan het sparen zijn voor een regenachtige dag.

Plantengenen redden

Het North Central Regional Plant Introduction Station in Iowa catalogiseert meer dan 10, 000 soorten maïs. Aurora/Getty Images

Als je stopt en kijkt naar de beschaving om je heen, je zult waarschijnlijk een aantal werkelijk verbazingwekkende bezienswaardigheden zien:vliegtuigen en wolkenkrabbers die de wolken raken, elektriciteitsnetten en wegenstelsels die het land doorkruisen en onzichtbare communicatienetwerken die een groot deel van de planeet omhullen. Maar al onze grootste prestaties in de wetenschap, kunst en filosofie gaan terug naar één cruciale doorbraak:de binnenlandse landbouw. Toen de vroege mens eindelijk de levensstijl van jagen en verzamelen begon te verlaten voor permanent leven en het verbouwen van gewassen, ze hadden eindelijk de tijd om zich te wijden aan veel van wat we als menselijke cultuur hebben leren kennen.

Terwijl de vroege mens afhankelijk was van een verscheidenheid aan opgeraapte plantaardige en dierlijke hulpbronnen, we hebben sindsdien het punt bereikt waarop enorme velden een enkel voedselgewas ondersteunen dat miljoenen voedt. Dit plaatst onze voedselvoorziening in een zeer delicate situatie. Wat gebeurt er als klimaatverandering nieuwe plagen introduceert of een gebied onherbergzaam maakt voor een voormalige boomoogst? Wat als ziekte of natuurrampen en door de mens veroorzaakte rampen het tenietdoen? Door de genen achter deze gewassen op te slaan, we voorzien onszelf van een back-up -- geld op de bank, bij wijze van spreken.

Maar grote geldgewassen zijn niet de enige soorten die onderzoekers in genenbanken verzamelen. Neem bijvoorbeeld de gewone aardappel. Het is niet de enige spud in de vriezer - onderzoekers bewaren duizenden knollen uit verschillende delen van de wereld om de friet en Tater Tots van de toekomst te beschermen. Als er een ziekte opduikt die zich richt op een belangrijke voedselsoort knol, misschien een andere, minder bekende soorten zullen dienen als een geschikte vervanging of essentiële genetische informatie bevatten om een ​​resistente soort te construeren.

Natuurlijk, planten vullen zowel onze apotheken als onze borden. Met genenbanken kunnen we ons voorbereiden op toekomstige onbekenden door planten te beschermen die ooit een cruciale rol kunnen spelen in de ontwikkeling van nieuwe medicijnen. Dit is nog een reden om niet alleen de planten die we gebruiken te beschermen, maar ook wereldwijd beschermen biodiversiteit door de rest te bewaren. Dit omvat meer dan 500 plantensoorten van over de hele wereld die door de Amerikaanse Fish and Wildlife Service zijn aangemerkt als bedreigd. Wie weet wat voor wondermiddel er nu is, onontdekt in een bedreigd deel van het Amazone-regenwoud?

Het concept van het aanleggen van plantengenen is niets nieuws. Boeren hebben zaden opgeslagen om toekomstige oogsten voor duizenden jaren te verzekeren. Vandaag, zaadbanken over de hele wereld werken aan het vastleggen en opslaan van de genetische blauwdrukken voor gewassen, vooral die welke vitale voedselgewassen zijn. Sommige hiervan zijn eigendom van de overheid, andere worden beheerd door particuliere en internationale organisaties. Voor een gedetailleerd overzicht van deze operaties, lees Hoe zaadbanken werken.

Botanici kunnen genetisch materiaal op twee manieren bewaren. Eén methode omvat het drogen en invriezen van de zaden bij temperaturen die min of meer vergelijkbaar zijn met een typische winter. Sommige zaden kunnen tientallen jaren in deze staat overleven, maar moet uiteindelijk ontdooien en opnieuw groeien om verse, vitale zaden. Echter, als de zaden lager zijn ingevroren, cryonisch temperaturen, alle moleculaire beweging komt tot stilstand. Hoewel deze tweede methode veel duurder is dan normaal invriezen, het verlengt enorm de houdbaarheid van het genetisch materiaal van een plant.

Momenteel meer dan 1, 400 genenbanken wereldwijd slaan zaden en genmonsters op van honderden verschillende planten [bron:Popular Science].

Maar hoe zit het met het dierenleven op aarde? Op de volgende pagina, we zullen enkele van onze inspanningen bekijken om bedreigde dieren te beschermen en uitgestorven dieren nieuw leven in te blazen.

Dierlijke genen redden

Een onderzoeker slaat panda-sperma cryogeen op in de Chengdu Research Base van Giant Panda Breeding. Liu Jin/AFP/Getty Images

Terwijl zaadbanken doorgaans prioriteit geven aan veel geteelde gewassen, wetenschappers die dierlijke genen willen opslaan, richten zich in een andere richting:soorten die op de rand van uitsterven staan. Als dit klinkt als een relatief kleine onderneming, bedenk dat de Amerikaanse Fish and Wildlife Service momenteel meer dan 900 soorten als bedreigd vermeldt. Als de huidige trends zich voortzetten, wetenschappers voorspellen meer dan 1, 000 soorten zoogdieren zullen de komende 30 jaar met uitsterven worden bedreigd [bron:The Frozen Ark Project].

Verschillende programma's werken aan het behoud van de genen van bedreigde dieren. China's Chengdu-onderzoeksbasis voor het fokken van reuzenpanda's houdt eieren, sperma- en andere weefselmonsters van panda's en andere inheemse soorten bewaard in koude opslag. Het Frozen Ark Project van het Verenigd Koninkrijk heeft de missie op zich genomen om een ​​netwerk van vergelijkbare genenbanken over de hele wereld te creëren die zich toeleggen op bedreigde dieren.

Wetenschappers in India hebben het idee een stap verder gebracht door te proberen de Indiase cheeta uiteindelijk terug in het wild te introduceren, meer dan een halve eeuw nadat het uitgestorven werd verklaard. Terwijl de onderzoekers cryogeen geconserveerd weefsel missen, ze hebben huid- en botweefsel kunnen verzamelen van musea en dierentuinen. Ze hopen de genetische leemtes op te vullen door de genen van vergelijkbare cheeta-populaties in het hedendaagse Iran te bestuderen.

Echter, wetenschappers hebben huisdieren niet volledig over het hoofd gezien. Sommige genenbanken hebben zich ten doel gesteld om DNA van grote veerassen te documenteren en op te slaan. Het Britse ministerie van Landbouw en Plattelandsontwikkeling heeft een spermaarchief opgericht om de genetische profielen van rammen in Groot-Brittannië en Noord-Ierland te beschermen.

Om genetische informatie voor dieren te behouden, wetenschappers moeten verschillende spermamonsters cryogeen invriezen, eieren, haar, huid en bloed van de doelsoorten om de beste kans op toekomstige klonering te bieden. Om dit te behalen, wetenschappers zouden een vrouwtje van een verwante soort als draagmoeder gebruiken. Ze zouden een van de eieren van de surrogaat nemen en het fuseren met een cel van het te klonen dier. De moeder zou in werkelijkheid, een andere soort baren -- haar een biologische moeder maken, maar geen genetische. Voor meer informatie over dit proces, lees Hoe klonen werkt.

Zou dit proces werken? Wetenschappers hebben al bewezen dat het kan. Op 8 januari 2001, Amerikaanse wetenschappers hebben de geboorte van een baby aangekondigd gaur , een grote bedreigde os afkomstig uit India en Azië. De moeder van de gaur, echter, was een gewone koe.

Het wijdverbreide gebruik van deze techniek om de planeet te herbevolken met uitgestorven en bedreigde dieren is nog jaren verwijderd. Op korte termijn, Met dergelijke genenbanken kunnen wetenschappers bedreigde diersoorten bestuderen en leren hoe ze in de toekomst het beste kunnen worden onderhouden.

Maar hoe zit het met de soort die verantwoordelijk is voor zoveel van deze bijna-uitstervingen? Het zou geen verrassing moeten zijn dat wetenschappers ook menselijk genetisch materiaal bewaren. Spermabanken waarin artsen sperma invriezen voor gebruik bij kunstmatige inseminatie, dienen als een goed voorbeeld.

Andere genenbanken, zoals het IJslandse deCODE-project, menselijk genetisch materiaal opslaan voor medisch onderzoek. China werkt momenteel aan het verzamelen en opslaan van de genetische gegevens van inwoners van de stad Taizhau. De onderzoekers hebben al monsters verzameld van 10, 000 individuen en hopen in totaal 5 miljoen te verzamelen [bron:BBC News].

gestaag, mensen laden hun bevroren ark in. We hebben ze verstopt in de ijzige bergen van Noorwegen, begroef ze in ondergrondse gewelven -- er is zelfs sprake van het sturen van genenbanken naar de maan. Zullen we ooit deze genetische reservoirs nodig hebben om een ​​planeet te herbouwen die verwoest is door een natuurlijke of door de mens veroorzaakte ramp?

Hopelijk, we zullen er nooit achter hoeven te komen. Verken de links op de volgende pagina om meer te weten te komen over de genetische wonderen achter het leven.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe klonen werkt
  • Hoe Cryonics werkt
  • Hoe eiceldonatie werkt
  • Hoe het klonen van mensen zal werken
  • Hoe spermabanken werken
  • Hoe weet ik of het vlees dat ik eet afkomstig is van gekloond vee?

Meer geweldige links

  • deCODE-project
  • Het Frozen Ark-project
  • Svalbard Global Seed Bank

bronnen

  • Freudenrich, Craig. "Hoe klonen werkt." HowStuffWorks.com. 26 maart 2001. (12 juli, 2008) https://science.howstuffworks.com/cloning.htm
  • "Het Frozen Ark-project." 2007. (11 juli, 2008) http://www.frozen-ark.com/
  • "Genenbank om reuzenpanda's te redden:rapport." Asiainfo Dagelijks China Nieuws. 7 december 2001. (12 juli, 2008) http://www.highbeam.com/doc/1P1-48797701.html
  • Layton, Julia. "Hoe de Doomsday Ark werkt." HowStuffWorks.com. 17 juni 2008. (12 juli, 2008)https://science.howstuffworks.com/doomsday-ark.htm
  • Loder, Natasja. "Genenbank gaat familiealbum van zoogdieren aanbieden." Natuur. 18 mei 2000. (12 juli, 2008) http://www.nature.com/nature/journal/v405/n6784/full/405265a0.html
  • Newton, Jozua. "Brave New World wacht op uitgestorven Indiase cheetah." Gemini Nieuwsdienst. 9 mei 2002. (12 juli, 2008) http://www.dawn.com/2002/05/20/int12.htm
  • "Noahs vriezer." Nieuwe wetenschapper. 31 juli 2004. (12 juli, 2008) http://www.newscientist.com/article/mg18324580.700-noahs-freezer.html
  • Ronca, Debra. "Hoe zaadbanken werken." HowStuffWorks.com. 12 juli 2008. (12 juli, 2008)https://science.howstuffworks.com/seed-bank.htm
  • Rosner, Hillary. "Zaden om een ​​soort te redden." Populaire wetenschap. januari 2008. (12 juli, 2008) http://www.popsci.com/scitech/article/2008-01/seeds-save-species
  • "Sperma Archief." Britse ministerie van landbouw en plattelandsontwikkeling. 2008. (11 juli, 2008) http://www.dardni.gov.uk/index/animal-health/animal-diseases/bse/scrapie-introduction/northern-ireland-scrapie-plan/semen-archive.htm
  • "Schapen:bescherming van onze risicovolle schapenrassen." Boeren Bewaker. 10 februari 2006. (12 juli, 2008) http://www.accessmylibrary.com/coms2/summary_0286-12710986_ITM
  • Landen, Papaver. "China plant 'grootste genenbank'", BBC News. 18 okt. 2007. (12 juli, 2008) http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/7046586.stm