الشعاب المرجانية هي كائنات ملصق لخدمات النظام البيئي ، مساعدة مصايد الأسماك ، وتعزيز التنوع البيولوجي ، وحماية الأراضي من موجات ثقيلة. لسوء الحظ ، يبدو أننا نسددهم بالقتل them. محيطات الاحترار لدينا تسبب تبيض المرجان والموت ، ارتفاع مستويات البحر سيجبرهم على التحرك ، وتحمض سوف المحيطات لدينا تجعل من الصعب بالنسبة لهم لتشكيل الشعاب المرجانية. ستكون جميل لو استطعنا مساعدتهم ، لكن التدخلات صعبة تصميم عندما لا تعرف ما يكفي عن علم الأحياء المرجانية.
أعلن العلماء الآن أن أداة جديدة متاحة للدراسة الشعاب المرجانية: التحرير الجيني الذي يوفره نظام كريسبر / كاس 9. ال القدرة على القضاء على الجينات بشكل انتقائي يمكن أن تساعدنا على فهم كيف الشعاب المرجانية تعمل بشكل طبيعي ويمكن أن توفر في النهاية أداة دعنا نساعدهم على التخلص من تغير المناخ.
تعقيدات المرجان
قد تعتقد أن لدينا فهم جيد من المرجان علم الأحياء ، بالنظر إلى كمية الدراسة التي تحصل عليها الشعاب. لكن الكثير من وقد ركزت هذه الدراسة على الشعاب المرجانية كنظام بيئي بدلاً من المرجان ككائن حي. وهذا عائق كبير أمام مساعدة هؤلاء بناة الشعاب المرجانية البقاء في عالمنا المتغير. لإعطاء مثال واحد ، تبيض المرجان هو سبب انهيار مدفوعة الحرارة في التعايش بين المرجان والطحالب الضوئية التي توفر المرجان مع الطعام. من الواضح أن الشعاب المرجانية التي تعيش في المياه الدافئة قادرة على تشكيل شراكات مع الطحالب التي تتحمل الحرارة ، ولكن بدقة ميكانيكا أي من الأنواع شريك مع ما الطحالب ليست على ما يرام يفهم.
هناك فجوات مماثلة في معرفتنا بأشياء مثل أنشطة بناء الشعاب ، والتي تختلف في السرعة والأشكال التي إنتاج. الشعاب المرجانية تتسامح أيضا مع مجموعة متنوعة من الأعماق. بعض الأنواع هي المتخصصة لبيئات معينة ، في حين أن الآخرين يمكن أن تجد المنازل في مجموعة متنوعة من الموائل. بينما لدينا فكرة عن الجينات التي قد تشارك في العديد من هذه التعديلات ، واضعي تصف الورقة الجديدة هذه بأنها “فرضيات معقولة”. ال مشكلة؟ لا يمكننا حقا اختبار أي منهم. هذا جزئيا بسبب الشعاب المرجانية بطيئة النمو ولديها نمط حياة معقد يصعب معه ذلك تكرار في المختبر. وهذا في جزء منه لأنه لا يمكننا التلاعب لهم على المستوى الجيني ، والقضاء على الجينات ومعرفة ما إذا كان عملية نعتقد أنها تشارك في تنفيذها.
الآن يبدو أنه “لا يمكن” أكثر من “لا يمكن”. جينة التعديل ، حيث يمكن تعطيل أو تعديل الجينات ، قد انطلق في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية بفضل نظام يسمى كريسبر / Cas9. تطور النظام لمساعدة البكتيريا على تعطيل الفيروسات المصابة لهم ويعمل من خلال السماح لقطعة قصيرة من الحمض النووي الريبي لتوجيه الانزيم لتسلسل الحمض النووي مطابقة ، والتي الانزيمات ثم يقطع. اشخاص برزت في نهاية المطاف أنه إذا كنت تقدم لها قطعة من الحمض النووي الريبي التي تتطابق مع الجينات ، سوف تنجح في قطع الجين لك. خلية عملية إصلاح الحمض النووي تبدأ ، إما حذف قطعة قصيرة من الجين (وتعطيله) أو إصلاحه مع تسلسل مطابقة التي تقدمها.
اختبارات
لذلك ، قرر فريق دولي صغير من الباحثين لاختبار ما إذا كانت العملية يمكن أن تعمل في المرجان. هذا قليلا من التحدي ، بالنظر إلى أن الشعاب المرجانية تتكاثر في الغالب في أوقات محددة من العام من خلال ما يسمى “بث البيض”. هذا أساسا إطلاق الحيوانات المنوية والبيض في عمود الماء والأمل إنهم يصطدمون ببعضهم البعض. ومع ذلك ، كان الباحثون قادرين على تحديد الأنواع التي يمكن أن تتكاثر تحت ظروف المختبر و الحصول على أجنة وحيدة الخلية لحقن بمحلول يحتوي على نظام كريسبر / Cas9.
أظهر تحليل الحمض النووي نجاحه ، لكن الأمور كانت إلى حد ما معقد. بادئ ذي بدء ، الشعاب المرجانية ، مثلنا ، لديها مجموعتان من الكروموسومات ، واحدة من كل والد. وبدا النظام فقط ل تحرير واحد من اثنين من الكروموسومات. نتيجة لذلك ، على الرغم من أنهم خرجت نسخة من ما يبدو أنه جين مهم جدا ، و وضعت الشعاب المرجانية بشكل طبيعي ، لأنها لا تزال لديها نسخة جيدة. إذا نحن في الواقع سوف ندرس علم الوراثة ، وهذا يجب أن يكون الأمثل ، لأنه خلاف ذلك سيكون لدينا لمعرفة كيفية الحصول على المرجان للذهاب لمدة جيلين في المختبر (لاحظ الباحثون “هناك احتمال فوري بسيط” بحدوث ذلك).
المسألة الأخرى هي أن بعضًا من تحرير الجينات قد حدث بعد أن بدأت خلايا الأجنة في الانقسام. هذا أدى إلى الكائنات الحية كانت مزيجًا معقدًا من الخلايا السليمة والمحررة جزئيًا ، مع تعديلات مختلفة إلى حد ما في العديد من الخلايا. الذي يدير خطر خلق بعض الوراثة المعقدة التي يصعب تفسر.
لذلك ، نحن لم نصل إلى هناك بعد عندما يتعلق الأمر بتحرير جينات الشعاب المرجانية ، ولكن النتائج الأولية واعدة ، وكريسبر / Cas9 يبدو أن نظام مرن جدا ، بالنظر إلى كل الآخرين الكائنات الحية التي تم تحسينها ل. لذلك ، يبدو معقولا تماما أننا سنكون قادرين على جعل هذا النظام يعمل بشكل جيد بما فيه الكفاية ل فهم كيف تدير الشعاب المرجانية سلوكياتها البيولوجية المعقدة. وربما الأهم من ذلك ، هذا يثير احتمال أننا يمكن أن تكون في نهاية المطاف قادرة على التعامل مع هذه السلوكيات ، والربط في المتغيرات الجينية التي تسمح للشعاب المرجانية بالحفاظ على التعايش أكثر الحرارة المتسامحة ، لإعطاء مثال واحد.
ما إذا كان هذا سيكون كافيا للحفاظ على أي الشعاب المرجانية في الوجه من التغييرات التي من المحتمل أن نراها ليست واضحة. ولا ينبغي أن يكون ينظر إليها على أنها توفر لنا ذريعة لعدم محاولة منع حتى تغييرات أسوأ من الحدوث. ولكن هناك شيء واحد واضح: المتظاهرون سوف نحاول بلا شك وقف إطلاق الكائنات الحية المعدلة وراثيا ينبغي لنا من أي وقت مضى الوصول إلى هناك.
PNAS ، 2018. DOI: 10.1073 / pnas.1722151115 (حول DOIs).
