Gjenomika mund të ndihmojë fermerët e insekteve të shmangin rrugë të gabuar të domesticimit

Insektet po bëhen gjithnjë e më të popullarizuara për t'u rritur në fermë si ushqim për kafshë të tjera, ushqim për kafshët shtëpiake dhe potencialisht si ushqim për njerëzit. Procesi i sjelljes së një kafshe të egër në një mjedis artificial, i njohur si domanizimi, vjen me sfida unike. Fatmirësisht, ka mësime të rëndësishme që mund të merren nga të gjitha kafshët e tjera që njerëzit kanë domanuar gjatë mijëvjeçarëve.

Si studiues që studjojnë se si ndryshon gjenetika e kafshëve të domanuara, ne besojmë se njohja e dobësive që vijnë me domanuarjen është e rëndësishme. Mjetet e fuqishme të bioteknologjisë së sotme mund të ndihmojnë studiuesit të parashikojnë dhe të shmangin problemet herët.

Domanizimi nuk është asgjë e re

Nga domanizimi i drithërave që nga para 12,000 vjetësh deri te teknologjia e lartë e sotme, strategjitë e përzgjedhjes së bazuar në gjenom, njerëzit kanë shtrënguar natyrën për të përshtatur qëllimet e tyre. Duke përzgjedhur në mënyrë selektive bimë ose kafshë individuale që kanë tipare të dëshiruara – qoftë pamja, madhësia ose sjellja – njerëzit kanë domestikuar një mori të tërë specieve.

E njëjta parim është baza e të gjitha përpjekjeve për domestifikim, nga qentë te kulturat. Një përzgjedhës identifikon një individ me një tipar të dëshiruar – qoftë ajo një talent për ndjekje te qeni ose aftësia e një bime për të rezistuar ndaj dëmtuesve. Pastaj ai ose ajo e përzgjedh atë për të konfirmuar se tipari i dëshiruar mund të transmetohet tek pasardhësit. Nëse funksionon, përzgjedhësi mund të rritë shumë pasardhës në një linjë me avantazh gjenomik.

Njerëzit kanë bërë kulturat të rezistueshme ndaj sëmundjeve dhe sfidave mjedisore, lopë të qetë që japin më shumë qumësht ose mish, pulë me gjinj të mëdhenj dhe qenë të bukur.

Një histori e gjatë e insekteve që punojnë për njerëzit

Domanizimi i insekteve është gjithashtu shumë larg të qenit i ri. Njerëzit kanë rritur bletë silikoni (Bombyx mori) për të prodhuar mëndafsh për më shumë se 5,000 vjet. Por përzgjedhja selektive dhe izolimi nga familjarët e egër kanë çuar në paaftësinë e tyre për të fluturuar, varësinë nga një burim ushqimi dhe nevojën për ndihmë për të riprodhuar. Si rezultat, bletët silikoni janë plotësisht të varura nga njerëzit për mbijetesë, dhe specia origjinale nuk ekziston më.

Në mënyrë të ngjashme, njerëzit kanë mbajtur koloni të bletës së mjaltit perëndimore (Apis mellifera) për polinizim dhe prodhim mjaltë për shekuj. Por bletët janë në rrezik për shkak të disorderit të rrëzimit të kolonisë, një fenomen ku bletët punëtore zhduken nga koshere të dukshme të shëndetshme. Shkaqet e disorderit të rrëzimit të kolonisë janë të panjohura; studiuesit po hetojnë sëmundjen dhe pesticide si faktorë të mundshëm.

Tani industria e bujqësisë së insekteve ka vendosur të bëjë të pashmangshme disa insekte të tjera si burim i proteinës së qëndrueshme për kafshët ose njerëzit.

Insektet si bleta ushtarçe e zezë (Hermetia illucens) dhe larva e ushqimit (Tenebrio molitor) mund të rriten në rrjedha ekzistuese të mbetjeve organike. Rritja e tyre në mbetje organike të fermës dhe ushqimit circularizon sistemin bujqësor dhe zvogëlon ndikimin mjedisor të rritjes së proteinave.

Por këto insekte do të duhet të rriten në shkallë të gjerë. Bujqësia moderne mbështetet në monokulture të specieve që lejojnë uniformitet në madhësi dhe rritje dhe korrje të sinkronizuar. Do të jetë e nevojshme t'i domesticosh insektet e egra për t'i kthyer në kafshë të fermuara.

Domanizimi ka një disavantazh të imunitetit

Pulave sot rriten më shpejt dhe më të mëdha se kurrë më parë. Por kafshët e fermave industriale janë gjenetikisht shumë homogjene. Për më tepër, njerëzit kujdesen për gjithçka për këto kafshë të domestikuara. Ata kanë qasje të lehtë në ushqim dhe u jepen antibiotikë dhe vaksina për shëndetin dhe sigurinë e tyre.

Prandaj, pulat e fermave industriale kanë humbur shumë nga aftësitë e tyre imune. Ndërtimi i këtyre proteinave të fuqishëm kundër sëmundjeve kërkon shumë energji. Meqenëse ambientet e tyre të pastërta dhe të kontrolluara i mbrojnë, ato gjenet imune thjesht nuk janë të nevojshme. Energia që trupat e tyre zakonisht do të përdornin për t’u mbrojtur, mund të përdoret për t’u rritur më të mëdha.

Në natyrë, individët me gjenet e gabuara imune do të vriteshin ndoshta nga patogjenët, duke i zhdukur shpejt këto gjenet e këqija nga popullsia. Por në një mjedis të domestikuar, këta individë mund të mbijetojnë dhe të kalojnë gjenet potencialisht të rënda.

Gripi i zogjve H5N1 ofron një shembull të fundit të asaj që mund të shkojë keq kur një popullatë homogjene e kafshëve të shtëpisë përballet me një patogjen të rrezikshëm. Kur sëmundja shpërtheu, sistemet e dobëta imune të pulave të shtëpisë u thyhen nën presion. Sëmundja mund të përhapet shpejt nëpër ndërtesa të mëdha, dhe përfundimisht të gjitha pulat atje duhet të ekzekutohen.

Domanizimi dhe rreziqet e monokulturës

Sistemet e dobëta imune nuk janë arsyeja e vetme pse gripi i zogjve u përhap siç u përhap.

Domestikimi shpesh përfshin rritjen e shumë numrave të një lloji të vetëm në zona të vogla të përqendruara, të referuara si një monokulturë. Të gjithë individët në një monokulturë janë rreth të njëjtë, si fizikisht ashtu edhe në gjenet e tyre, kështu që të gjithë kanë të njëjtat ndjeshmëri.

Kultivarët e bananes janë një shembull. Bimët e bananes të rritura në fillim të shekullit të 20-të ishin të gjitha pasardhëse të një kloni të vetëm, të quajtur Gros Michel. Por kur sëmundja vdekjeprurëse sëmundja e Panamasë përhapet, bimët nuk kishin mbrojtje dhe kultivari u shkatërrua.

Kultivuesit e bananes u kthyen te varieteti Cavendish, i cili rritet në fermat më të mëdha të bananes sot. Industria e bananes mbetet e prekshme ndaj të njëjtit lloj rreziku që rrëzoi Gros Michel-in. Një strain i ri i fungut po rritet, dhe shkencëtarët po nxitohen për të parandalojnë një kolaps global të bananes Cavendish.

Mësimet rreth dobësive që shoqërojnë domestikimin janë të rëndësishme për industrinë relativisht të re që avancion insektet si e ardhmja e prodhimit të proteinave të qëndrueshme dhe riciklimit të mbetjeve organike.

Si mund të ndihmojë gjenomika në korrigjimin e rrugës

Gjenomika moderne mund t'i japë bujqësisë me insekte një qasje të re për kontrollin e cilësisë. Veglat teknologjike mund të ndihmojnë kërkuesit të mësojnë se si gjenet e një organizmi lidhen me tiparet e tij fizike. Me këtë njohuri, shkencëtarët mund të ndihmojnë organizmat në procesin e domestikimit të shmangin disavantazhet potenciale të këtij procesi.

Për shembull, shkencëtarët kombinuan të dhëna nga qindra gjenome të ndryshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme të domosdoshme

Një qasje e ngjashme e skanimit të gjenomeve ka lejuar shkencëtarët të zbulojnë kombinimin e gjeneve që përmirëson prodhimin e qumështit te lopët e qumështit. Blegtorët mund të kryejnë krye të qëllimshme të brejtjes së individëve me kombinimet e duhura të gjeneve që prodhojnë qumësht, duke mbajtur një sy në atë që kanë ose mungojnë të tjerët. Ky proces siguron që brejtësit të mos humbasin tipare të vlefshme, të tilla si sisteme të forta imune ose norma të larta pjellorisë, ndërsa zgjedhin për tipare të vlefshme ekonomikisht gjatë domestikimit.

Blegtorët e insekteve mund të përfitojnë nga këto mjetet gjenetike që në fillim. Ndjekja e shenjave gjenetike të një popullate insektesh është si monitorimi i shenjave jetësore të pacientëve në spital. Blegtorët e insekteve mund të shikojnë gjene për të vlerësuar shëndetin e kolonisë dhe nevojën për ndërhyrje. Me monitorimin e rregullt gjenetik të popullatës së kultivuar, nëse fillojnë të shohin individë me shenja për disa "gjene të këqija", ata mund të ndërhyjnë menjëherë, në vend që të presin një katastrofë.

Mekanizmat për të shmangur një katastrofë të reja përfshijnë sjelljen e një brezi të ri nga natyra ose nga një kolonë tjetër, të cilët gjene mund të rifreskojnë gjenomin e brendshëm dhe homogjen të popullatës së domestikuar. Për më tepër, studiuesit mund të përdorin teknika të redaktimit të gjeneve si CRISPR-Cas9 për të riprodhuar kombinime të shëndetshme dhe produktive të gjeneve në një brez të ri të insekteve të domestikuara.

Brejtja me ndihmën e gjenomikës është një shtesë ndaj praktikave standarde dhe jo një zëvendësim. Ajo mund të ndihmojë brejtësit të shohin cilat tipare janë në rrezik, cilat po evoluojnë, dhe ku mund të gjenden burimet natyrore të diversitetit gjenetik. Ajo lejon brejtësit të bëjnë vendime më të informuara, të identifikojnë probleme gjenetike dhe të jenë proaktivë në vend që të jenë reaktivë.

Duke shfrytëzuar fuqinë e gjenomikës, industria e bujqësisë së insekteve mund të shmangë veten nga një rrëzim i rastësishëm i së ardhmes duke vazhduar të bëjë përparime në prodhimin e proteinave të qëndrueshme dhe në rrethimin e ekosistemit bujqësor në një cikël të qëndrueshëm.