Генетично спроектовані біотехнологічні дерева можуть бути ключовими для збереження лісів Америки

У порівнянні з дітьми, що редагували ген, у Китаї та амбітні проекти для порятунку мамонтів від вимирання, біотехнологічні дерева можуть звучати досить ручні.

Але вивільнення генно-інженерних дерев у ліси для протидії загрозам здоров'ю лісів є новим рубежем у біотехнології. Навіть коли технології молекулярної біології просунулися, люди ще не випустили генетично сконструйовану рослину, яка покликана поширюватися і зберігатися в некерованому середовищі. Біотехнологічні дерева - генетично сконструйовані або генно-редаговані - пропонують саме таку можливість.

Ясно одне: загрози, з якими стикаються наші ліси, багато, і здоров'я цих екосистем погіршується. За оцінками Лісової служби США за 2012 рік, майже сім відсотків лісів по всій країні знаходяться в небезпеці втратити принаймні чверть своєї деревної рослинності до 2027 року. Ця оцінка може бути не надто тривожною, але вона на 40 відсотків вище попередньої оцінки. зроблено лише шість років тому.

У 2018 році, на прохання декількох федеральних відомств США та Федерального фонду США для лісового господарства та громад, Національні академії наук, інженерії та медицини сформували комітет для "вивчення потенційного використання біотехнологій для пом'якшення загроз для здоров'я лісових дерев". Експертам, включаючи мене, соціального вченого, орієнтованого на нові біотехнології, було запропоновано "визначити екологічні, етичні та соціальні наслідки розгортання біотехнологій у лісах, і розробити програму досліджень для вирішення прогалин знань".

Члени нашого комітету походили з університетів, федеральних агенцій та неурядових організацій і представляли цілий ряд дисциплін: молекулярна біологія, економіка, екологія лісу, право, розведення дерев, етика, популяційна генетика та соціологія. Всі ці перспективи були важливими для розгляду багатьох аспектів та проблем використання біотехнологій для покращення стану лісів.

Криза в лісах США

Зміна клімату є лише вершиною айсберга. Ліси стикаються з більш високими температурами і посухами і більше шкідників. Як товари і люди рухаються по всьому світу, ще більше комах і збудників спричиняють автостоп в наші ліси.

Ми зосередилися на чотирьох тематичних дослідженнях, щоб проілюструвати широту лісових загроз. Смарагдова попеляста прибула з Азії і викликає сильну смертність у п'яти видів ясенів. Вперше виявлений на американському грунті в 2002 році, він розповсюдився в 31 державу станом на травень 2018 року. Сосна Whitebark, закладна і основоположна виду на високій висоті США і Канади, знаходиться під впливом рідного гірського соснового жука і введеного гриба. Більше половини сосни білої сосни в північній частині США і Канади померли.

Тополі важливі як для прибережних екосистем, так і для лісової промисловості. Нативний грибковий патоген, Septoria musiva, почав рухатися на захід, нападаючи на природні популяції чорної бавовняної деревини в тихоокеанських північно-західних лісах і інтенсивно культивуючи гібридний тополь в Онтаріо. І ганебний каштановий вибух, грибок, який випадково потрапив з Азії до Північної Америки в кінці 1800-х років, знищив мільярди американських каштанів.

Чи може біотехнологія прийти на допомогу? Чи потрібно?

Це складно

Хоча існує багато потенційних застосувань біотехнології в лісах, таких як генетична інженерія комах-шкідників для придушення їх популяцій, ми зосереджувалися конкретно на біотехнологічних деревах, які могли б протистояти шкідникам і патогенам. За допомогою генної інженерії, наприклад, дослідники могли б вставляти гени, з подібних або не пов'язаних між собою видів, які допомагають дереву переносити або боротися з комахами або грибами.

Спокусливо припустити, що шум та ентузіазм щодо редагування генів гарантують швидке, легке та дешеве рішення цих проблем. Але виготовлення біотехнологічного дерева буде нелегким. Дерева великі і довгоживучі, а це означає, що дослідження, щоб перевірити довговічність і стабільність введеної ознаки, будуть дорогими і займуть десятиліття або довше. Ми також не знаємо майже стільки про складні та величезні геноми дерев у порівнянні з фаворитами лабораторій, такими як плодові мухи та рослина гірчиці, Arabidopsis.

Крім того, через те, що дерева повинні виживати з часом і пристосовуватися до мінливих умов, важливо зберегти і включити їхнє існуюче генетичне різноманіття до будь-якого «нового» дерева. Через еволюційні процеси популяції дерев вже мають багато важливих пристосувань до різноманітних загроз, і втрата їх може бути катастрофічною. Отже, навіть найбажаніше біотехнологічне дерево в кінцевому рахунку залежатиме від продуманої і продуманої програми розведення, щоб забезпечити довготривале виживання. З цих причин Комітет національних академій наук, інженерії та медицини рекомендує збільшувати інвестиції не тільки в біотехнологічні дослідження, а й у розведення дерев, екологію лісу та популяційну генетику.

Проблеми нагляду

Комітет виявив, що Координовані рамки для регулювання біотехнологій США, які розподіляють федеральний контроль за біотехнологічними продуктами серед таких агентств, як EPA, USDA і FDA, не готові розглянути можливість введення біотехнічного дерева для поліпшення стану лісів.

Найбільш очевидно, що регулятори завжди вимагали стримування пилку та насіння під час біотехнологічних випробувань, щоб уникнути втечі генетичного матеріалу. Наприклад, біотехнологічному каштану не дозволялося цвісти, щоб переконати, що трансгенний пилок не буде дути через краєвид під час польових випробувань. Але якщо біотехнологічні дерева покликані поширювати свої нові риси, через насіння і пилок, щоб запровадити стійкість до шкідників через ландшафти, то будуть необхідні дослідження дикого відтворення. В даний час вони не дозволені доти, доки дерево біотехнологій не буде повністю дерегульовано.

Ще одним недоліком нинішньої системи є те, що деякі біотехнологічні дерева взагалі не потребують спеціального огляду. USDA, наприклад, попросили розглянути loblolly сосна що була genetically engineered для більшої щільності деревини. Але оскільки регуляторний орган Міністерства сільського господарства США випливає з нагляду за ризиками шкідників рослин, він вирішив, що він не має ніяких регуляторних повноважень щодо цього біотехнологічного дерева. Подібні питання залишаються і щодо організмів, гени яких редагуються за допомогою нових інструментів, таких як CRISPR.

Комітет зауважив, що нормативні положення США не сприяють всебічному вивченню стану лісів. Хоча Національний закон про екологічну політику іноді допомагає, деякі ризики та багато потенційних вигод навряд чи будуть оцінені. Це стосується біотехнологічних дерев, а також інших засобів боротьби з шкідниками та патогенами, таких як селекція дерев, пестициди та методи управління майданчиками.

Як ви вимірюєте вартість лісу?

Доповідь Національних академій наук, техніки та медицини пропонує рамки «екосистемних послуг» для розгляду різних способів, якими дерева та ліси надають цінність людям. Вони варіюються від видобутку лісової продукції до використання лісів для відтворення до екологічних послуг, які надає ліс - очищення води, охорона видів та зберігання вуглецю.

Комітет також визнав, що деякі способи оцінки лісів не вписуються в рамки екосистемних послуг. Наприклад, якщо деякі ліси вважають, що ліси мають «внутрішню цінність», то вони мають цінність самі по собі, крім того, як люди цінують їх і, можливо, мають на увазі певний моральний обов'язок захищати і поважати їх. Питання «дикости» і «природності» також виникають.

Дикої природи?

Як це не парадоксально, біотехнологічне дерево може збільшуватися і знижувати дикость. Якщо дикість залежить від відсутності людського втручання, то біотехнологічне дерево зменшить дикость лісу. Але, можливо, так було б традиційно вирощене гібридне дерево, яке навмисно вводилося в екосистему.

Що б знизити дикоту більше - введення біотехнічного дерева або викорінення важливих порід дерева? На ці питання немає правильних або неправильних відповідей, але вони нагадують про складність рішень щодо використання технології для підвищення «природи».

Ця складність вказує на ключову рекомендацію доповіді Національних академій наук, інженерії та медицини: діалог між експертами, зацікавленими сторонами та громадами про те, як оцінювати ліси, оцінювати ризики та потенційні переваги біотехнологій, а також розуміти комплексні публічні відповіді на будь-які потенційні можливості втручання, у тому числі за участю біотехнологій. Ці процеси повинні бути шанобливими, дорадчими, прозорими та всеохоплюючими.

Такі процеси, як семінар зацікавлених сторін 2018 року з питань біотехнологічного каштана, не призведе до стирання конфліктів або навіть гарантування консенсусу, але вони мають потенціал для створення проникливості та розуміння, яке може бути внесено до демократичних рішень, які поширюються на знання експертів та суспільні цінності.

Ця стаття спочатку була опублікована на бесіді Джейсона А. Дельборна. Читайте оригінальну статтю тут.