حفظ گونه های مختلف محیط زیست با فناوری جدید

به گزارش پایداری ملی به نقل از خبرنگاران جوان، محمدرضا اشرف زاده سرپرست دفتر موزه ملی تاریخ طبیعی و ذخایر ژنتیکی، سازمان حفاظت محیط زیست درباره بانک ژن در محیط زیست اظهار کرد: بانک‌های ژن بخشی از زیرساخت‌های مورد نیاز به منظور حفاظت از منابع زیستی خارج از زیستگاه طبیعی هستند.

او بیان کرد: به طور کلی، منابع زیستی را می‌توان در دو گروه طبقه بندی کرد. گروه اول، موجودات زنده هستند. به حفاظت از موجودات زنده خارج از زیستگاه طبیعی به منظور احیاء جمعیت‌های در معرض خطر حیات وحش، حفاظت برون-زیستگاهی درون تنی (Ex-situ in vivo conservation) گفته می‌شود. از جمله زیرساخت‌هایی که به حفاظت از حیات وحش با این شیوه می‌پردازند میتوان به باغ وحش‌ها، باغ‌های گیاه شناسی، آکواریوم‌ها و مراکز تکثیر در اسارت اشاره کرد.

گروه دوم منابع زیستی را منابع ژنتیکی تشکیل می‌دهند. منابع ژنتیکی خود به سه دسته طبقه بندی می‌شوند. دسته اول، سلول‌های زنده هستند که شامل سلول‌های جنسی و غیرجنسی می‌شوند. دسته دوم، مولکول‌های حاوی اطلاعات ژنتیکی هستند، شامل DNA، RNA و همچنین بافت‌هایی که به منظور استخراج مولکول‌های یاد شده حفظ می‌شوند. اما، دسته سوم اطلاعات ژنتیکی دیجیتالی هستند. در عصر حاضر به دلیل توسعه تکنیک‌ها در زیست شناسی مصنوعی (Synthetic biology) امکان تبدیل اطلاعات به مولکول‌هایی نظیر DNA وجود دارد. حتی در مواردی امکان تبدیل اطلاعات ژنومی به اشکال حیاتی در سطح میکروب‌ها وجود دارد.

بانک ژن

اشرف زاده تصریح کرد: بر همین اساس اطلاعات ژنتیکی دیجیتالی را هم می‌توان نوعی منبع زیستی قلمداد کرد. به جمع آوری، پردازش، حفاظت فراسرد و بکارگیری منابع ژنتیکی یاد شده در جهت احیای گونه‌های در معرض خطر حفاظت برون زیستگاهی برون تنی (Ex-situ in vitro conservation) گفته می‌شود. به مراکزی که به این گونه حفاظت می‌پردازند بانک‌های ژن یا به عبارت دیگر زیست بانک-های منابع ژنتیکی گفته می¬شود. به دلیل اهمیت حفاظت برون‌زیستگاهی از اجزای تنوع زیستی، به این راهکار در ماده ۹ کنوانسیون تنوع زیستی (CBD) پرداخته شده است. اگر چه CBD به حفاظت از اجزای تنوع زیستی به شکل درون-زیستگاهی (حفاظت در زیستگاه طبیعی، به ویژه حفاظت درون مناطق حفاظت شده) تاکید دارد، اما کشور‌های عضو این کنوانسیون را تا حد امکان به تاسیس و برقراری مراکز حفاظت برون-زیستگاهی از جمله مراکز تکثیر در اسارت و بانک¬های ژن ملزم کرده است.

او گفت:انواع بانک ژن جانوری عبارت‌اند از بانک گامت‌ها شامل اسپرم، تخمک و جنین، بانک سلول‌های اندام جنسی، بانک رده‌های سلولی غیرجنسی، بانک بافت، بانک DNA و RNA. از جمله بانک‌های ژن گیاهان می‌توان به بانک بذر، بانک کشت بافت گیاهی و بانک رده سلولی گیاهی اشاره داشت.

بانک‌های ژن چه کاربردی دارند؟

اشرف زاده تصریح کرد:برنامه‌های حفاظت خارج از زیستگاه نظیر راه اندازی بانک‌های ژن به نوعی پشتیبان و حمایت کننده اقدامات حفاظتی گونه‌های در معرض خطر در زیستگاه اصلی هستند. این بانک ها، مراکزی را به منظور دسترسی به مواد ژنتیکی (ژرم پلاسم) با اهدافی از قبیل پژوهش، تولیدمثل یا معرفی مجدد گونه‌های در معرض خطر ایجاد می‌نمایند. از سوی دیگر، مواد ژنتیکی که حاوی اطلاعات گسترده‌ای هستند می‌توانند ارزش تجاری داشته باشد. بنابراین، بسیاری از کشور‌ها بر منابع ژنتیکی که از داخل قلمرو آن‌ها سرچشمه می‌گیرند، حقوق حاکمیتی اعمال می‌کنند.

به دلیل اهمیت بانک‌های ژن در حفاظت از منابع ژنتیکی و کمک به احیای جمعیت‌های حیات وحش، اتحادیه جهانی حفاظت از طبیعت (IUCN) در سال ۲۰۲۲ اقدام به تشکیل گروهی با عنوان زیست بانکداری منابع ژنتیکی حیوانی نموده است. هدف از تشکیل این گروه سازمان¬دهی مجموع فعالیت‌هایی است که در سطح جهانی در این حوزه در زیست‌ بانک‌های منابع ژنتیکی حیات وحش انجام میشود.

نقش بانک‌های ژن در حفظ گونه‌های گیاهی و جانوری در معرض خطر چیست؟

او بیان کرد:مهمترین بانکهای ژن از منظر حفاظت، بانکهای حاوی گامت‌ها و جنین هستند، چرا که این نوع منابع ژنتیکی کوتاهترین مسیر برای احیاء از طریق افزایش جمعیت گونه‌های در معرض خطر در شرایط برون‌زیستگاهی هستند. ذخیره سازی گامت‌ها (اسپرماتوزوا و تخمک) و بافت غدد جنسی (بافت تخمدان یا بیضه) گونه‌های در خطر انقراض، یکی از رویکرد‌های جدید برای حفظ ژرم پلاسم ارزشمند جمعیت این گونه‌ها حتی پس از مرگ افراد است. حفظ گامت‌ها از طریق اعمال تیمار سرماداری و نگه داری در برودت ازت مایع، با هدف استفاده آتی در تکنیک‌های کمک باروری (Assisted reproduction) شامل تلقیح مصنوعی (Artificial insemination)، لقاح آزمایشگاهی (In vitro fertilization یا IVF) و کاشت جنین در برنامه تکثیر در اسارت صورت می‌پذیرد. فن‌آوری‌های نوین تولیدمثلی مانند انجماد گامت (اسپرم و تخمک)، لقاح مصنوعی، لقاح آزمایشگاهی، تزریق داخل سیتوپلاسمی اسپرم (ICSI) و کاشت جنین نقش مهمی را در مدیریت ژنتیکی برون-زیستگاهی جمعیت‌های کوچک در خطر انقراض حیات وحش ایفا می‌کنند. در چنین مواردی، بازیابی و انجماد،حفظ گامت‌های ارزشمند از حیوانات پس از مرگ، در حفاظت از حیات وحش و مطالعات آتی بسیار حائز اهمیت است.

اشرف زاده تصریح کرد:بانک ژن میزبان رده‌های سلولی گونه¬های در معرض خطر، دومین و مهمترین نوع از زیست بانکهای منابع ژنتیکی حیات وحش بعد از بانک‌های حاوی گامت‌ها و سلولهای جنسی هستند. رده‌های سلولی کاربرد‌های حفاظتی متعددی را در احیای منابع زیستی حیات وحش ایفا میکنند. کشت سلول های سوماتیکی (غیرجنسی) به ویژه در سالهای اخیر به دلیل مزایا و اهمیت آن در احیای گونه‌های در معرض خطر انقراض بسیار مورد توجه قرار گرفته است. کشت سلولهای سوماتیکی به دلیل امکان واکشت و توسعه ماده زیستی، منبع مکفی برای انواع مطالعات زیست شناسی، ژنتیکی، توکسیکولوژی (سم شناسی) و اپیدمیولوژی (همه‌گیرشناسی) در سطح DNA، RNA، پروتئین و انواع دیگر متابولیت‌ها را پدید می‌آورد.

او در ادامه بیان کرد:همچنین در کشت سلولی بواسطه دسترسی به سلولهای فعال، امکان دسترسی به کروموزم ها و کاریوتایپ و در نتیجه انجام مطالعات سیتوژنتیکی نیز وجود دارد. از سوی دیگر، کشتهای سلولی امکان استخراج DNA با کیفیت بسیار بالا که ماده مورد نیاز به منظور تهیه کتابخانه‌های توالی یابی در پروژه‌های تعیین توالی ژنوم است را فراهم می‌سازند. اما دو کاربرد مهم دیگر کشت سلول سوماتیکی در زمینه احیاء گونه‌های در معرض خطر (۱) امکان شبیه سازی (Cloning) از طریق انتقال هسته سلول سوماتیکی به تخمک و تولید جنین با استفاده از استراتژی SCNT (Somatic cell nuclear transfer) و (۲) امکان تهیه سلول جنسی (Gamete) از سلول¬های سوماتیکی است. مورد دوم انقلابی را در زمینه پزشکی ترمیمی (Regenerative medicine) پدید آورده و مبتنی بر امکان تهیه سلول‌های بنیادی پرتوان القا شده (iPS) (Induced Pluripotent Stem cells) از سلول‌های غیرجنسی و سپس تمایز آن‌ها به گامت‌ها است.

اشرف زاده گفت:اما سومین نوع از بانک های ژن، میزبان DNA و یا بافت های مرده حفظ شده جهت استخراج DNA حیات وحش هستند. از جمله کاربرد‌های حفاظتی این نوع از بانک‌های ژن می¬توان به استفاده در ارزیابی تنوع ژنتیکی، تبارشناسی و ژنتیک جمعیت به منظور راهبرد اقدامات حفاظتی همچون نقل و انتقال، تقویت ژنتیکی جمعیت‌ها و معرفی مجدد گونه اشاره داشت. شاخه ژنتیک حفاظت به استفاده از داده‌های ژنتیکی در جهت حفاظت از تنوع زیستی در سطح ژن می پردازد. در این شاخه به منظور ارزیابی برازش ژنتیکی یک جمعیت، به براورد پارامتر‌های ژنتیکی مهم به منظور ارزیابی تنوع، فرسایش و آسیب پذیری ژنتیکی اقدام می¬شود. رانش ژنتیکی، مهاجرت، انتخاب طبیعی و جهش فرایند‌های تکاملی اولیه شکل دهنده تنوع ژنتیکی هستند.

او در ادامه بیان کرد:این فرایند‌ها ویژگی‌های جمعیتی شامل تنوع ژنتیکی، تمایز ژنتیکی، اندازه جمعیت موثر و جریان ژنی را مشخص می¬کنند. بانک‌های ژن حاوی بافت و DNA حیات وحش بواسطه دسترسی به منابع مورد نیاز برای انجام این گونه مطالعات حائز اهمیت هستند. همچنین، از اطلاعات ژنتیکی کسب شده از این منابع ژنتیکی می¬توان برای شناسایی بیماری‌های ژنتیکی و شناسایی نمونه¬های مشکوک کسب شده از متخلفین حیات وحش اقدام نمود.

چه کشور‌هایی صاحب این فناوری هستند؟

اشرف زاده تصریح کرد:اغلب کشور‌های توسعه یافته و در حال توسعه (از جمله کشور‌های عضو اتحادیه اروپا، ایالات متحده آمریکا، انگلستان، استرالیا، ژاپن، روسیه، چین، هند و ایران) استراتژی بانکداری ژن در شرایط In vitro را توسعه داده اند. برای نمونه، حدود ۱۸۰۰ بانک ژن گیاهی در سراسر جهان وجود دارد، که بیش از ۶۰۰ مورد آن در اروپا راه اندازی شده است. Frozen zoo بخشی از تاسیسات زیرمجموعه باغ وحش سن دیگو و بزرگترین بانک ژن منابع ژنتیکی حیات وحش در دنیا مخزنی از بیش از ده هزار رده سلولی، اسپرم، تخمک و جنین از حدود هزار گونه جانوری است. در این مرکز ردههایی از جاندارانی وجود دارد که منقرض شده‌اند. مرکز NIES زیر مجموعه آژانس حفاظت محیط زیست ژاپن نیز میزبان رده¬های سلولی حیات وحش حتی از برخی گونه¬های منقرض شده است. بانک ملی منابع ژنتیکی حیات وحش هند نیز زیست بانکی حاوی رده‌های سلولی از حیات وحش هند، همچنین برخی سلول‌های جنسی است.

برای آینده چه مزایایی دارد؟

بانک‌های ژن حیات وحش که با هدف حفاظت راه اندازی شده و توسعه می‌یابند، به عنوان کشتی مدرن نوح یاد می‌شوند. این بانک‌ها مانند بانک‌های مالی، سپرده‌هایی را با هدف استفاده و برداشت در آینده ایجاد می‌کنند. به عبارت دیگر، بانک‌های ژن تضمین می‌کنند که مواد ژنتیکی به طور ایمن حفاظت شده و برای استفاده‌های آتی در دسترس خواهند بود. تضمین حفاظت از مواد ژنتیکی گونه‌های در خطر انقراض می‌تواند امید به احیای آن‌ها را حتی پس از انقراض زنده نگاه دارد.

هر آنچه که درباره این نوع فناوری وجود دارد توضیح بفرمایید

اشرف زاده گفت: راه اندازی، توسعه و نگهداری منابع ژنتیکی در بانک‌های ژن مستلزم رعایت اصول و استاندارد‌های علمی و فنی است. حفظ تمامیت ژنتیکی در تمام فرایند‌های بانک ژن از ابتدا شامل جمع آوری و دریافت نمونه تا نگهداری نمونه‌ها در طولانی مدت برای استفاده و بهره برداری توسط نسل‌های آینده مستلزم توجه جدی است. علاوه بر این، در کشور‌های در حال توسعه، مدیریت چالش‌هایی مانند کمبود‌ها و محدودیت‌ها در زمینه زیرساخت‌ها و نیروی انسانی نیازمند توجه جدی است.

او بیان کرد:به منظور تاسیس و برقراری زیست بانک‌های منابع ژنتیکی حیات وحش استاندارد‌های بین المللی تدوین شده است. این استاندارد‌ها ارائه دهنده الزامات متعدد به ویژه ساختاری، نرم افزاری، زیرساختی، تجهیزاتی، ایمنی، پرسنلی و آموزشی مورد نیاز برای تاسیس و نگهداری یک زیست بانک منابع ژنتیکی حیات وحش هستند. از آن جمله می‌توان به ایزو ۲۰۳۸۷ اشاره نمود که حاوی الزامات مورد نیاز برای همه سازمان‌هایی است که به زیست بانکداری منابع ژنتیکی موجودات چندسلولی (مانند انسان، حیوان، قارچ و گیاه) و میکروارگانیسم‌ها می‌پردازند. همچنین دستورالعمل‌های OECD، ISBER و FAO در این زمینه ارائه شده است.

میزان ذخایر بانک بافت سازمان محیط زیست

اشرف زاده گفت:سازمان حفاظت محیط زیست ایران در سال ۱۳۸۵ با هدف حفاظت از ذخایر ژنتیکی جانوری و گیاهی اقدام به راه اندازی بانک بافت نموده است. در حال حاضر، بانک بافت سازمان حفاظت محیط زیست ایران حاوی بیش از ۴۰۰۰ کرایوویال از انواع بافت¬های حیات وحش کشور اعم از پستانداران، پرندگان، خزندگان و دوزیستان است. علاوه بر این، زیرساخت‌هایی به منظور راه اندازی شش بانک ژن موازی در شش استان کشور (خراسان رضوی، اصفهان، آذربایجان شرقی، کهگیلویه و بویراحمد، خوزستان و هرمزگان) توسط سازمان حفاظت محیط زیست ایجاد شده است.

او بیان کرد: خوشبختانه، فناوری راه اندازی و توسعه انواع بانک‌های ژن که پیش از این به آن‌ها اشاره شد در کشور وجود دارد. مراکز و موسسات وابسته به وزارت جهاد کشاورزی، وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی، وزارت علوم، تخقیقات و فناوری و جهاد دانشگاهی در زمینه راه اندازی و توسعه بانک‌های ژن با اهداف مختلف پیش رو هستند. در حال حاضر، راه اندازی، بروزرسانی و توسعه بانک‌های ژن در مناطق مختلف کشور با هدف حفظ و نگهداری از ذخایر ژنتیکی حیات وحش به ویژه گونه‌های اندمیک و در خطر انقراض جانوری و گیاهی در دستور کار سازمان حفاظت محیط زیست قرار دارد.

برای ارتقا چنین فناوری، چه نهاد‌هایی نیاز است فعالیت مداوم داشته باشند

او تصریح کرد: ارتقای کمی و کیفی بانک‌های ژن و نگهداری از منابع و ذخایر ژنتیکی برای نسل‌های آینده، با توجه به اهمیت و حساسیت‌های موجود، مستلزم همکاری نزدیک وزارتخانه ها، سازمان‌ها و نهاد‌های مختلف از جمله وزارت جهاد کشاورزی، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی، سازمان حفاظت محیط زیست، معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، سازمان پدافند غیرعامل کشور و جهاد دانشگاهی است.

اشرف زاده در پایان بیان کرد :در مجموع، راه اندازی و توسعه بانک‌های ژن مسئله‌ای جدی در راستای حفاظت و نگهداری از ژرم پلاسم‌های گونه‌های اندمیک و در خطر انقراض جانوری و گیاهی است، به نحوی که مواد ژنتیکی برای بهره برداری و استفاده نسل‌های آینده حفاظت می‌شوند. با توجه به اهمیت موضوع، راه اندازی، توسعه و تضمین حفاظت و نگهداری از منابع و ذخایر ژنتیکی جانوری و گیاهی کشور در بانک‌های ژن نیازمند همکاری و هماهنگی نزدیک بین سازمان‌ها و نهاد‌های مختلف است.