Trên khắp thế giới, số lượng cá thể của nhiều loài động vật đang suy giảm với tốc độ đáng báo động. Một dự đoán nghiệt ngã cho thấy, có tới 40% số loài trên thế giới có thể tuyệt chủng vào năm 2050. Đáng lo ngại hơn, nhiều sự suy giảm này là do các mối đe dọa mà hiện tại có rất ít giải pháp để khắc phục.
Nhiều loài hiện đang phụ thuộc vào các chương trình nhân giống bảo tồn để tồn tại. Tuy nhiên, các chương trình này thường không khuyến khích các loài thích nghi và tồn tại trong tự nhiên trước những mối đe dọa không thể giải quyết như biến đổi khí hậu và dịch bệnh.
Điều này đồng nghĩa với việc một số loài không còn khả năng tồn tại trong môi trường tự nhiên, gây ra những ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái. Ví dụ, hãy xem xét một rạn san hô sẽ khó khăn như thế nào để hoạt động nếu không có san hô.
Nếu có một giải pháp khác thì sao? Các đồng nghiệp của tôi và tôi đã phát triển một phương pháp can thiệp nhằm cung cấp cho các loài có nguy cơ tuyệt chủng những đặc điểm di truyền cần thiết để tồn tại trong tự nhiên.
Biến đổi gen có thể giúp san hô tồn tại trong một thế giới ấm hơn. Rick Stuart-Smith
Đưa Lý Thuyết Vào Thực Tiễn
Qua nhiều thế hệ, chọn lọc tự nhiên cho phép các loài thích nghi với các mối đe dọa. Nhưng trong nhiều trường hợp hiện nay, tốc độ phát triển của các mối đe dọa đang vượt quá khả năng thích nghi của các loài.
Vấn đề này đặc biệt rõ ràng ở các loài động vật hoang dã bị đe dọa bởi các bệnh truyền nhiễm mới nổi như chytridiomycosis ở lưỡng cư và ở các loài bị ảnh hưởng bởi khí hậu như san hô.
Bộ công cụ mà các đồng nghiệp của tôi và tôi đã phát triển được gọi là “can thiệp di truyền có mục tiêu” (targeted genetic intervention – TGI). Nó hoạt động bằng cách tăng sự xuất hiện hoặc tần suất của các đặc điểm di truyền ảnh hưởng đến khả năng sinh tồn của một sinh vật khi đối mặt với mối đe dọa. Chúng tôi phác thảo phương pháp này trong một bài nghiên cứu gần đây.
Bộ công cụ này bao gồm chọn lọc nhân tạo và sinh học tổng hợp. Những công cụ này đã được thiết lập tốt trong nông nghiệp và y học nhưng tương đối chưa được thử nghiệm như các công cụ bảo tồn. Chúng tôi giải thích chúng chi tiết hơn bên dưới.
Nhiều công cụ trong bộ công cụ TGI của chúng tôi đã được thảo luận về mặt lý thuyết trong các tài liệu bảo tồn trong những thập kỷ gần đây. Nhưng những phát triển nhanh chóng trong giải trình tự bộ gen và sinh học tổng hợp có nghĩa là một số công cụ hiện có thể thực hiện được trên thực tế.
Những phát triển này đã giúp dễ dàng hơn trong việc hiểu cơ sở di truyền của các đặc điểm cho phép một loài thích nghi và thao túng chúng.
Một số loài động vật không thể thích nghi kịp thời để tồn tại trước các mối đe dọa như dịch bệnh. Shutterstock
Chọn Lọc Nhân Tạo Là Gì?
Con người từ lâu đã sử dụng chọn lọc nhân tạo (hoặc kiểu hình) để thúc đẩy các đặc điểm mong muốn ở động vật và thực vật được nuôi để làm bạn đồng hành hoặc làm thức ăn. Sự thay đổi di truyền này đã dẫn đến các sinh vật, chẳng hạn như chó nhà và ngô, khác biệt đáng kể so với tổ tiên hoang dã của chúng.
Chọn lọc nhân tạo truyền thống có thể dẫn đến những kết quả, chẳng hạn như tỷ lệ cận huyết cao, ảnh hưởng đến sức khỏe và khả năng phục hồi của sinh vật và không mong muốn cho việc bảo tồn. Nếu bạn đã từng sở hữu một con chó thuần chủng, bạn có thể biết về một số rối loạn di truyền này.
Và khi nói đến bảo tồn, việc xác định những cá thể nào từ một loài có khả năng kháng lại, ví dụ, một mầm bệnh chết người sẽ liên quan đến việc phơi nhiễm động vật trước mối đe dọa – rõ ràng là không có lợi cho việc bảo tồn loài.
Các nhà khoa học trong ngành chăn nuôi đã phát triển một phương pháp mới để khắc phục những vấn đề này. Được gọi là chọn lọc hệ gen, nó kết hợp dữ liệu từ công việc trong phòng thí nghiệm (chẳng hạn như thử nghiệm bệnh) với thông tin di truyền của động vật để dự đoán những cá thể nào mang các đặc điểm di truyền có lợi cho sự thích nghi.
Những cá thể này sau đó được chọn để nhân giống. Qua các thế hệ tiếp theo, khả năng tồn tại của một quần thể bên cạnh các mối đe dọa phổ biến tăng lên.
Chọn lọc hệ gen đã dẫn đến cá hồi kháng bệnh và vật nuôi sản xuất nhiều sữa hơn và chịu nhiệt tốt hơn. Nhưng nó vẫn chưa được thử nghiệm trong bảo tồn.
Chọn lọc nhân tạo đã được sử dụng để phát triển các đặc điểm mà con người mong muốn ở vật nuôi. Shutterstock
Sinh Học Tổng Hợp Là Gì?
Sinh học tổng hợp là một bộ công cụ để thúc đẩy sự thay đổi trong sinh vật. Nó bao gồm các phương pháp như chuyển gen và chỉnh sửa gen, có thể được sử dụng để giới thiệu các gen bị mất hoặc mới hoặc tinh chỉnh các đặc điểm di truyền cụ thể.
Các công cụ sinh học tổng hợp gần đây như CRISPR-Cas9 đã tạo ra một tiếng vang lớn trong thế giới y học và cũng bắt đầu thu hút sự chú ý của các nhà sinh học bảo tồn.
Những công cụ như vậy có thể tinh chỉnh chính xác các đặc điểm di truyền được nhắm mục tiêu ở một sinh vật riêng lẻ – giúp nó có khả năng thích nghi hơn – trong khi vẫn giữ nguyên phần còn lại của bộ gen. Các sửa đổi di truyền sau đó được truyền lại cho các thế hệ sau.
Phương pháp này làm giảm khả năng xảy ra các thay đổi di truyền không mong muốn có thể xảy ra với chọn lọc nhân tạo.
Các phương pháp sinh học tổng hợp hiện đang được thử nghiệm để bảo tồn ở nhiều loài trên khắp thế giới. Chúng bao gồm cây dẻ và chồn sương chân đen ở Hoa Kỳ và san hô ở Úc.
Tôi đang làm việc với các nhà nghiên cứu tại Đại học Melbourne để phát triển các phương pháp TGI ở ếch Úc. Chúng tôi đang thử nghiệm các phương pháp này ở loài ếch Corroboree phương nam mang tính biểu tượng và có kế hoạch mở rộng chúng sang các loài khác nếu chúng tỏ ra hiệu quả.
Trên toàn thế giới, bệnh chytridiomycosis đang tàn phá quần thể ếch. Do mầm bệnh nấm Batrachochytrium dendrobatidis gây ra, nó đã dẫn đến sự tuyệt chủng của khoảng 90 loài ếch và sự suy giảm ở khoảng 500 loài khác.
Nhiều loài ếch hiện đang dựa vào việc nhân giống bảo tồn để tiếp tục tồn tại. Không có giải pháp hiệu quả nào để khôi phục ếch nhạy cảm với chytrid về tự nhiên, vì không thể tiêu diệt được nấm.
Công nghệ CRISPR có khả năng được sử dụng để chỉnh sửa gen của các loài có nguy cơ tuyệt chủng. Shutterstock
Hướng Tới Tương Lai
Giống như nhiều phương pháp bảo tồn, can thiệp di truyền có mục tiêu có thể liên quan đến sự đánh đổi. Ví dụ, các đặc điểm di truyền giúp một loài kháng bệnh này có thể khiến nó dễ mắc bệnh khác hơn.
Nhưng tốc độ suy giảm loài nhanh chóng có nghĩa là chúng ta nên thử nghiệm các giải pháp tiềm năng như vậy trước khi quá muộn. Loài càng vắng bóng khỏi hệ sinh thái lâu, nguy cơ thay đổi môi trường không thể đảo ngược càng lớn. Không loài động vật nào có thể tồn tại nếu chúng ta không hành động ngay lập tức.
Bất kỳ can thiệp di truyền nào thuộc loại này nên có sự tham gia của tất cả các bên liên quan, bao gồm cả người bản địa và cộng đồng địa phương. Và cần thận trọng để đảm bảo các loài đủ sức khỏe để thả và không gây rủi ro cho môi trường.
Bằng cách đưa khái niệm TGI đến sự chú ý của công chúng, chính phủ và các nhà khoa học khác, chúng tôi hy vọng sẽ thúc đẩy các cuộc thảo luận và khuyến khích nghiên cứu về những rủi ro và lợi ích của nó.
