Генноинженерные биотехнологические деревья могут стать ключом к спасению лесов Америки

По сравнению с отредактированными генами младенцами в Китае и амбициозными проектами по спасению шерстистых мамонтов от вымирания, биотехнологические деревья могут показаться довольно скучными.

Но выпуск генно-инженерных деревьев в леса для противодействия угрозам здоровью лесов представляет собой новый рубеж в биотехнологии. Даже несмотря на развитие методов молекулярной биологии, люди еще не выпустили генно-инженерное растение, которое предназначено для распространения и сохранения в неуправляемой среде. Биотехнологические деревья - генно-инженерные или генно-отредактированные - предлагают именно такую ​​возможность.

Ясно одно: угроз, стоящих перед нашими лесами, много, и здоровье этих экосистем ухудшается. Оценка 2012 года, проведенная Лесной службой США, показала, что почти семь процентов лесов по всей стране могут потерять по крайней мере четверть своей древесной растительности к 2027 году. Эта оценка может показаться не слишком тревожной, но она на 40 процентов выше, чем предыдущая оценка сделано всего шесть лет назад.

В 2018 году по просьбе нескольких федеральных агентств США и Фонда лесного хозяйства и общин США Национальные академии наук, инженерии и медицины сформировали комитет для «изучения потенциального использования биотехнологии для смягчения угроз здоровью лесных деревьев». Экспертов, включая меня, ученого-социолога, специализирующегося на новых биотехнологиях, попросили «определить экологические, этические и социальные последствия развертывания биотехнологии в лесах и разработать программу исследований для устранения пробелов в знаниях».

Члены нашего комитета представляли университеты, федеральные агентства и неправительственные организации и представляли ряд дисциплин: молекулярная биология, экономика, лесная экология, право, селекция деревьев, этика, популяционная генетика и социология. Все эти перспективы были важны для рассмотрения многих аспектов и проблем использования биотехнологии для улучшения здоровья лесов.

Кризис в лесах США

Изменение климата - это только верхушка айсберга. Леса сталкиваются с более высокими температурами, засухами и большим количеством вредителей. По мере того, как товары и люди перемещаются по всему земному шару, все больше насекомых и патогенных микроорганизмов путешествуют в наших лесах

Мы сфокусировались на четырех тематических исследованиях, чтобы проиллюстрировать широту лесных угроз. Изумрудный золоулавливатель прибыл из Азии и вызывает серьезную смертность у пяти видов ясеней. Впервые обнаруженный на почве США в 2002 году, он распространился в 31 штат по состоянию на май 2018 года. Сосна обыкновенная, основной камень и основной вид на больших высотах США и Канады, подвергается нападению со стороны местного жука горной сосны и внедренного гриба. Более половины сосны белой коры на севере США и в Канаде погибли.

Тополя важны как для прибрежных экосистем, так и для лесной промышленности. Местный грибковый патоген, Septoria musiva, начал двигаться на запад, нападая на естественные популяции черного хлопкового дерева в тихоокеанских лесах на северо-западе и интенсивно культивируемых гибридных тополей в Онтарио. А печально известная каштановая гниль, грибок, случайно привезенный из Азии в Северную Америку в конце 1800-х годов, уничтожил миллиарды американских каштанов.

Может ли биотехнология прийти на помощь? Должно ли это?

Это сложно

Хотя существует множество потенциальных применений биотехнологии в лесах, таких как генно-инженерные насекомые-вредители, для подавления их популяций, мы сосредоточились именно на биотехнологических деревьях, которые могут противостоять вредителям и патогенам. Например, с помощью генной инженерии исследователи могут вводить гены из сходных или неродственных видов, которые помогают дереву переносить насекомых или грибок или бороться с ними.

Заманчиво предположить, что шум и энтузиазм по поводу генного редактирования гарантируют быстрое, простое и дешевое решение этих проблем. Но сделать биотехнологическое дерево будет непросто. Деревья большие и долгоживущие, что означает, что исследования для проверки долговечности и устойчивости введенной черты будут дорогостоящими и займут десятилетия или дольше. Мы также не знаем почти столько же о сложных и огромных геномах деревьев, сколько любимые в лаборатории, такие как плодовые мушки и горчичное растение, Arabidopsis.

Кроме того, поскольку деревья должны выживать с течением времени и приспосабливаться к изменяющимся условиям, важно сохранить и включить их существующее генетическое разнообразие в любое «новое» дерево. Посредством эволюционных процессов у популяций деревьев уже есть много важных приспособлений к различным угрозам, и их потеря может иметь катастрофические последствия. Таким образом, даже самое причудливое биотехнологическое дерево в конечном итоге будет зависеть от продуманной и продуманной программы разведения, обеспечивающей долгосрочное выживание. По этим причинам комитет Национальной академии наук, инженерии и медицины рекомендует увеличить инвестиции не только в биотехнологические исследования, но также в селекцию деревьев, экологию лесов и популяционную генетику.

Проблемы надзора

Комитет обнаружил, что Скоординированная структура США по регулированию биотехнологии, которая распределяет федеральный надзор за продуктами биотехнологии среди агентств, таких как EPA, USDA и FDA, не полностью готова рассмотреть вопрос о внедрении биотехнологического дерева для улучшения здоровья лесов.

Очевидно, что регуляторы всегда требовали сдерживания пыльцы и семян во время биотехнологических полевых испытаний, чтобы избежать утечки генетического материала. Например, биотехнологическому каштану не разрешалось цвести, чтобы гарантировать, что трансгенная пыльца не будет распространяться по ландшафту во время полевых испытаний. Но если биотехнологические деревья призваны распространять свои новые черты через семена и пыльцу, чтобы создать устойчивость к вредителям в ландшафтах, то исследования дикого размножения будут необходимы. В настоящее время они не разрешены, пока биотехнологическое дерево полностью не отрегулировано.

Еще одним недостатком существующей структуры является то, что некоторые биотехнологические деревья могут вообще не требовать какого-либо специального анализа. Например, Министерству сельского хозяйства США было предложено рассмотреть сосну-дольку, которая была генетически спроектирована для большей плотности древесины. Но поскольку регулирующий орган Министерства сельского хозяйства США вытекает из надзора за рисками, связанными с вредителями растений, он решил, что у него нет никаких регулирующих органов в отношении этого биотехнологического дерева. Аналогичные вопросы остаются в отношении организмов, чьи гены редактируются с использованием новых инструментов, таких как CRISPR.

Комитет отметил, что правила США не способствуют всестороннему рассмотрению состояния здоровья лесов. Хотя Закон о национальной экологической политике иногда помогает, некоторые риски и многие потенциальные выгоды вряд ли будут оценены. Это касается биотехнологических деревьев, а также других инструментов для борьбы с вредителями и патогенными микроорганизмами, таких как селекция деревьев, пестициды и методы управления участками.

Как вы оцениваете ценность леса?

В докладе Национальной академии наук, инженерии и медицины предлагается структура «экосистемных услуг» для рассмотрения различных способов, которыми деревья и леса обеспечивают ценность для человека. Они варьируются от добычи лесной продукции до использования лесов для отдыха и экологических услуг, предоставляемых лесом: очистка воды, защита видов и хранение углерода.

Комитет также признал, что некоторые способы оценки леса не вписываются в структуру экосистемных услуг. Например, если некоторые считают, что леса имеют «внутреннюю ценность», то они имеют ценность сами по себе, помимо того, как люди ценят их и, возможно, подразумевают своего рода моральное обязательство защищать и уважать их. Проблемы «дикости» и «естественности» также всплывают.

Дикая природа?

Как ни парадоксально, биотехнологическое дерево может увеличивать и уменьшать дикость. Если дикость зависит от отсутствия вмешательства человека, то биотехнологическое дерево уменьшит дикость леса. Но, возможно, так будет и обычное гибридное дерево, которое было преднамеренно внедрено в экосистему.

Что еще больше уменьшит дикость - внедрение биотехнологического дерева или уничтожение важных пород деревьев? На эти вопросы нет правильных или неправильных ответов, но они напоминают нам о сложности решения использовать технологию для улучшения «природы».

Эта сложность указывает на ключевую рекомендацию доклада Национальной академии наук, инженерии и медицины: диалог между экспертами, заинтересованными сторонами и сообществами о том, как ценить леса, оценивать риски и потенциальные выгоды биотехнологии, а также понимать сложные общественные реакции на любой потенциальный потенциал. вмешательства, в том числе с участием биотехнологии. Эти процессы должны быть уважительными, совещательными, прозрачными и инклюзивными.

Такие процессы, такие как семинар для заинтересованных сторон, посвященный биотехнологическим каштанам, в 2018 году не смогут стереть конфликт или даже гарантировать консенсус, но они способны создать понимание и понимание, которые могут способствовать принятию демократических решений, основанных на экспертных знаниях и общественных ценностях.

Эта статья была первоначально опубликована в «Беседе» Джейсоном А. Дельборном. Прочитайте оригинальную статью здесь.