In tutto il mondo, le popolazioni di molte specie amate stanno diminuendo a tassi crescenti. Secondo una cupa proiezione, fino al 40% delle specie mondiali potrebbe essere estinto entro il 2050. In modo allarmante, molti di questi cali sono causati da minacce per le quali esistono poche soluzioni.

Numerose specie ora dipendono da programmi di allevamento di conservazione per la loro sopravvivenza. Ma questi programmi in genere non incoraggiano le specie ad adattarsi e sopravvivere allo stato selvatico insieme a minacce intrattabili come il cambiamento climatico e le malattie.

Ciò significa che alcune specie non possono più esistere in natura, il che provoca gravi effetti a valle sull'ecosistema. Considera, ad esempio, come una barriera corallina faticherà a funzionare senza i coralli.

E se ci fosse un altro modo? I miei colleghi ed io abbiamo sviluppato un metodo di intervento che mira a fornire alle specie in via di estinzione le caratteristiche genetiche di cui hanno bisogno per sopravvivere in natura.

Mettere in pratica la teoria

Nel corso delle generazioni, la selezione naturale consente alle specie di adattarsi alle minacce. Ma in molti casi oggi, la velocità con cui si stanno sviluppando le minacce sta superando la capacità di adattamento delle specie.

Questo problema è particolarmente evidente nella fauna selvatica minacciata da malattie infettive emergenti come la chitridiomicosi negli anfibi e nelle specie colpite dal clima come i coralli.

Il toolkit che io e i miei colleghi abbiamo sviluppato si chiama "intervento genetico mirato" o TGI. Funziona aumentando l'occorrenza o la frequenza delle caratteristiche genetiche che influiscono sull'idoneità di un organismo in presenza della minaccia. Descriviamo il metodo in un recente documento di ricerca.

Il toolkit comprende la selezione artificiale e la biologia sintetica. Questi strumenti sono ben consolidati in agricoltura e medicina ma relativamente non testati come strumenti di conservazione. Li spieghiamo più dettagliatamente di seguito.

Molti strumenti nel nostro toolkit TGI sono stati discussi in teoria nella letteratura sulla conservazione negli ultimi decenni. Ma i rapidi sviluppi nel sequenziamento del genoma e nella biologia sintetica significano che alcuni sono ora possibili nella pratica.

Gli sviluppi hanno reso più facile comprendere le basi genetiche delle caratteristiche che consentono a una specie di adattarsi e di manipolarle.

Cos'è la selezione artificiale?

Gli esseri umani hanno utilizzato a lungo la selezione artificiale (o fenotipica) per promuovere le caratteristiche desiderabili negli animali e nelle piante allevati per la compagnia o il cibo. Questa alterazione genetica ha portato a organismi, come i cani domestici e il mais, che sono drammaticamente diversi dai loro progenitori selvatici.

La selezione artificiale tradizionale può portare a risultati, come alti tassi di consanguineità, che influiscono sulla salute e sulla resilienza dell'organismo e sono indesiderabili per la conservazione. Se hai mai posseduto un cane di razza, potresti essere a conoscenza di alcuni di questi disturbi genetici.

E quando si tratta di conservazione, determinare quali individui di una specie sono resistenti, ad esempio, a un patogeno mortale comporterebbe l'esposizione dell'animale alla minaccia, chiaramente non nell'interesse della conservazione della specie.

Gli scienziati del settore zootecnico hanno sviluppato un nuovo approccio per aggirare questi problemi. Chiamata selezione genomica, combina i dati del lavoro di laboratorio (come una sperimentazione su una malattia) con le informazioni genetiche degli animali per prevedere quali individui presentano caratteristiche genetiche favorevoli all'adattamento.

Questi individui vengono quindi scelti per la riproduzione. Nelle generazioni successive, aumenta la capacità di una popolazione di sopravvivere accanto a minacce pervasive.

La selezione genomica ha portato a salmone e bestiame resistenti alle malattie che producono più latte e tollerano meglio il calore. Ma deve ancora essere testato in conservazione.

Cos'è la biologia sintetica?

La biologia sintetica è un toolkit per promuovere il cambiamento negli organismi. Include metodi come la transgenesi e l'editing genetico, che possono essere utilizzati per introdurre geni perduti o nuovi o modificare caratteristiche genetiche specifiche.

Recenti strumenti di biologia sintetica come CRISPR-Cas9 hanno creato scalpore nel mondo medico e stanno anche iniziando ad attirare l'attenzione dei biologi della conservazione.

Tali strumenti possono modificare accuratamente le caratteristiche genetiche mirate in un singolo organismo, rendendolo più in grado di adattarsi, lasciando intatto il resto del genoma. Le modificazioni genetiche vengono poi trasmesse alle generazioni successive.

Il metodo riduce la probabilità di cambiamenti genetici non intenzionali che possono verificarsi con la selezione artificiale.

I metodi di biologia sintetica sono attualmente in fase di sperimentazione per la conservazione in più specie in tutto il mondo. Questi includono il castagno e i furetti dai piedi neri negli Stati Uniti e i coralli in Australia.

Sto lavorando con i ricercatori dell'Università di Melbourne per sviluppare approcci TGI nelle rane australiane. Stiamo sperimentando questi approcci nell'iconica rana corroboree meridionale e prevediamo di estenderli ad altre specie se si dimostreranno efficaci.

In tutto il mondo, la malattia chitridiomicosi sta devastando le popolazioni di rane. Causato dal patogeno fungino Batrachochytrium dendrobatidis , ha portato all'estinzione di circa 90 specie di rane e al declino di ben 500 altre.

Molte specie di rane ora fanno affidamento sull'allevamento di conservazione per la loro continua sopravvivenza. Non esiste una soluzione efficace per riportare in natura le rane sensibili ai chitridi, perché il fungo non può essere sradicato.

Guardando avanti

Come con molti approcci di conservazione, è probabile che un intervento genetico mirato comporti compromessi. Ad esempio, le caratteristiche genetiche che rendono una specie resistente a una malattia possono renderla più suscettibile a un'altra.

Ma il rapido tasso di declino delle specie significa che dovremmo provare tali potenziali soluzioni prima che sia troppo tardi. Più le specie sono assenti da un ecosistema, maggiore è la possibilità di cambiamenti ambientali irreversibili.

Qualsiasi intervento genetico di questo tipo dovrebbe coinvolgere tutte le parti interessate, comprese le popolazioni indigene e le comunità locali. E si dovrebbe prestare attenzione per garantire che le specie siano idonee al rilascio e non rappresentino alcun rischio per l'ambiente.

Portando il concetto di TGI all'attenzione del pubblico, del governo e di altri scienziati, speriamo di stimolare la discussione e incoraggiare la ricerca sui suoi rischi e benefici.