Over de hele wereld nemen de populaties van veel geliefde soorten in toenemende mate af. Volgens een grimmige projectie zou tegen 2050 maar liefst 40% van de soorten in de wereld zijn uitgestorven. Het is verontrustend dat veel van deze achteruitgang wordt veroorzaakt door bedreigingen waarvoor weinig oplossingen bestaan.

Talloze soorten zijn nu voor hun voortbestaan ​​afhankelijk van fokprogramma's voor natuurbehoud. Maar deze programma's moedigen soorten doorgaans niet aan om zich aan te passen en te overleven in het wild naast hardnekkige bedreigingen zoals klimaatverandering en ziekte.

Dit betekent dat sommige soorten niet meer in het wild kunnen voorkomen, wat grote stroomafwaartse effecten op het ecosysteem veroorzaakt. Denk bijvoorbeeld aan hoe een koraalrif het moeilijk zou hebben om te functioneren zonder koralen.

Wat als er een andere manier was? Mijn collega's en ik hebben een interventiemethode ontwikkeld die tot doel heeft bedreigde diersoorten de genetische kenmerken te geven die ze nodig hebben om in het wild te overleven.

Theorie in praktijk brengen

Generaties lang zorgt natuurlijke selectie ervoor dat soorten zich kunnen aanpassen aan bedreigingen. Maar tegenwoordig overtreft de snelheid waarmee bedreigingen zich ontwikkelen in veel gevallen het aanpassingsvermogen van soorten.

Dit probleem is vooral duidelijk bij dieren in het wild die worden bedreigd door nieuw opkomende infectieziekten zoals chytridiomycose bij amfibieën, en bij door het klimaat aangetaste soorten zoals koralen.

De toolkit die mijn collega's en ik hebben ontwikkeld, heet "gerichte genetische interventie" of TGI. Het werkt door het optreden of de frequentie van genetische kenmerken te verhogen die van invloed zijn op de fitheid van een organisme in aanwezigheid van de dreiging. We schetsen de methode in een recent onderzoekspaper.

De toolkit omvat kunstmatige selectie en synthetische biologie. Deze instrumenten zijn goed ingeburgerd in de landbouw en de geneeskunde, maar relatief onbeproefd als conserveringsmiddelen. We leggen ze hieronder in meer detail uit.

Veel tools in onze TGI-toolkit zijn de afgelopen decennia in theorie besproken in de conserveringsliteratuur. Maar snelle ontwikkelingen in genoomsequencing en synthetische biologie betekenen dat sommige nu in de praktijk mogelijk zijn.

De ontwikkelingen hebben het gemakkelijker gemaakt om de genetische basis van kenmerken die een soort in staat stellen zich aan te passen, te begrijpen en te manipuleren.

Wat is kunstmatige selectie?

Mensen gebruiken al lang kunstmatige (of fenotypische) selectie om gewenste eigenschappen te bevorderen bij dieren en planten die zijn grootgebracht voor gezelschap of voedsel. Deze genetische verandering heeft geleid tot organismen, zoals gedomesticeerde honden en maïs, die dramatisch verschillen van hun wilde voorouders.

Traditionele kunstmatige selectie kan leiden tot resultaten, zoals hoge inteeltpercentages, die de gezondheid en veerkracht van het organisme aantasten en ongewenst zijn voor instandhouding. Als je ooit een rashond hebt gehad, ben je misschien op de hoogte van enkele van deze genetische aandoeningen.

En als het op instandhouding aankomt, zou het bepalen welke individuen van een soort resistent zijn tegen bijvoorbeeld een dodelijke ziekteverwekker inhouden dat het dier aan de bedreiging wordt blootgesteld - duidelijk niet in het belang van het behoud van de soort.

Wetenschappers in de veehouderij hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld om deze problemen te omzeilen. Genomische selectie genoemd, het combineert gegevens van laboratoriumwerk (zoals een ziekteonderzoek) met de genetische informatie van de dieren om te voorspellen welke individuen genetische kenmerken hebben die bevorderlijk zijn voor aanpassing.

Deze individuen worden vervolgens gekozen voor de fokkerij. In de daaropvolgende generaties neemt het vermogen van een bevolking om te overleven naast alomtegenwoordige bedreigingen toe.

Genomische selectie heeft geleid tot ziekteresistente zalm en vee die meer melk produceren en hitte beter verdragen. Maar het moet nog worden getest in conservering.

Wat is synthetische biologie?

Synthetische biologie is een toolkit om verandering in organismen te bevorderen. Het omvat methoden zoals transgenese en genbewerking, die kunnen worden gebruikt om verloren of nieuwe genen te introduceren of om specifieke genetische kenmerken aan te passen.

Recente synthetische biologietools zoals CRISPR-Cas9 hebben voor veel ophef gezorgd in de medische wereld en beginnen ook de aandacht te trekken van conserveringsbiologen.

Dergelijke hulpmiddelen kunnen gerichte genetische kenmerken in een individueel organisme nauwkeurig aanpassen - waardoor het beter in staat is zich aan te passen - terwijl de rest van het genoom onaangeroerd blijft. De genetische modificaties worden vervolgens doorgegeven aan volgende generaties.

De methode verkleint de kans op onbedoelde genetische veranderingen die kunnen optreden bij kunstmatige selectie.

Synthetische biologische methoden worden momenteel uitgeprobeerd voor het behoud van meerdere soorten over de hele wereld. Deze omvatten de kastanjeboom en zwartvoetfretten in de Verenigde Staten en koralen in Australië.

Ik werk samen met onderzoekers van de Universiteit van Melbourne om TGI-benaderingen bij Australische kikkers te ontwikkelen. We testen deze benaderingen uit bij de iconische zuidelijke corroboree-kikker en zijn van plan ze uit te breiden naar andere soorten als ze effectief blijken te zijn.

Wereldwijd verwoest de ziekte chytridiomycose de kikkerpopulaties. Veroorzaakt door de schimmelpathogeen Batrachochytrium dendrobatidis , het heeft geleid tot het uitsterven van ongeveer 90 kikkersoorten en neemt af in maar liefst 500 andere.

Veel kikkersoorten vertrouwen nu op natuurbehoud voor hun voortbestaan. Er bestaat geen effectieve oplossing om voor chytride gevoelige kikkers in het wild te herstellen, omdat de schimmel niet kan worden uitgeroeid.

Vooruitkijken

Zoals bij veel conserveringsbenaderingen, zal gerichte genetische interventie waarschijnlijk compromissen met zich meebrengen. Genetische kenmerken die een soort bijvoorbeeld resistent maken tegen de ene ziekte, kunnen hem vatbaarder maken voor een andere.

Maar het snelle tempo waarin soorten achteruitgaan, betekent dat we dergelijke mogelijke oplossingen moeten uitproberen voordat het te laat is. Hoe langer soorten afwezig zijn in een ecosysteem, hoe groter de kans op onomkeerbare veranderingen in het milieu.

Bij elke genetische interventie van dit type zouden alle belanghebbenden moeten worden betrokken, inclusief inheemse volkeren en lokale gemeenschappen. En er moet voorzichtigheid worden betracht om ervoor te zorgen dat soorten geschikt zijn voor introductie en geen risico vormen voor het milieu.

Door het concept van TGI onder de aandacht van het publiek, de overheid en andere wetenschappers te brengen, hopen we dat we de discussie zullen aanwakkeren en onderzoek naar de risico's en voordelen ervan zullen aanmoedigen.