Genetiskt konstruerade bioteknträd kan vara nyckeln till att spara Amerikas skogar

Jämfört med genredigerade bebisar i Kina och ambitiösa projekt för att rädda ullmammar från utrotning, kan bioteknsträd låter ganska tämligen.

Men att frigöra genetiskt manipulerade träd i skogar för att motverka hot mot skogs hälsa utgör en ny gräns inom bioteknik. Trots att teknikerna för molekylärbiologi har utvecklats har människor ännu inte släppt en genetiskt konstruerad växt som är avsedd för att sprida sig och bestå i en obekvämd miljö. Biotech träd - genetiskt konstruerad eller genredigerad - erbjuder just den möjligheten.

En sak är tydlig: De hot som våra skogar står inför är många, och dessa ekosystems hälsa försämras. En bedömning från 2012 av den amerikanska skogsförvaltningen uppskattar att nästan sju procent av skogarna i hela landet riskerar att förlora minst en fjärdedel av sin trädgrödan år 2027. Denna uppskattning kanske inte låter för oroande, men den är 40 procent högre än föregående uppskattning gjordes bara sex år tidigare.

I 2018 bildade de nationella akademierna för vetenskap, teknik och medicin, på begäran av flera amerikanska federala myndigheter och USA: s utgifter för skogsbruk och gemenskaper, en undersökning för att "undersöka potentiell användning av bioteknik för att mildra hot mot skogsträdhälsan". Experter, inklusive mig, en socialvetenskapsman med inriktning på framväxande bioteknik, bad om att "identifiera de ekologiska, etiska och sociala konsekvenserna av att använda bioteknik i skogar och utveckla en forskningsagenda för att åtgärda kunskapsbrister."

Våra utskottsmedlemmar kom från universitet, federala organ och icke-statliga organisationer och representerade en rad olika discipliner: molekylärbiologi, ekonomi, skogsekologi, lag, trädodling, etik, populationsgenetik och sociologi. Alla dessa perspektiv var viktiga för att överväga de många aspekterna och utmaningarna för att använda bioteknik för att förbättra skogens hälsa.

En kris i amerikanska skogar

Klimatförändringarna är bara toppen av isberget. Skogar står inför högre temperaturer och torka och fler skadedjur. Som varor och människor rör sig runt om i världen, går ännu fler insekter och patogener in i våra skogar.

Vi fokuserade på fyra fallstudier för att illustrera bredden av skogshot. Smaragdasborren kom från Asien och orsakar allvarlig dödlighet i fem arter av askträd. Först upptäckt på amerikanska marken år 2002 hade den spridit sig till 31 stater från och med maj 2018. Whitebarks furu, en keystone och fundamentala arter i höga höjder i USA och Kanada, är under attack av den inhemska bergsvinbageln och en introducerad svamp. Över hälften av whitebark furu i norra USA och Kanada har dött.

Poppelträd är viktiga för ojämnliga ekosystem såväl som för skogsindustrin. En naturlig svamppatogen, Septoria musiva, har börjat flytta västerut, angriper naturliga populationer av svart bomullsved i Stillahavsområdet skogar och intensivt odlad hybridpoppel i Ontario. Och den ökända kastanjebruna, en svamp som av misstag introducerades från Asien till Nordamerika i slutet av 1800-talet slängde ut miljarder amerikanska kastanjeträd.

Kan biotech komma till räddning? Borde det?

Det är komplicerat

Trots att det finns många potentiella tillämpningar av bioteknik i skogar, såsom genetiskt manipulerade insektsskadedjur för att undertrycka deras populationer, fokuserade vi specifikt på bioteknträ som kunde motstå skadedjur och patogener. Genom genteknik kan till exempel forskare infoga gener, från en liknande eller obestämd art, som hjälper ett träd att tolerera eller bekämpa en insekt eller svamp.

Det är frestande att anta att buzz och entusiasm för genredigering garanterar snabba, enkla och billiga lösningar på dessa problem. Men det blir inte lätt att göra ett bioteknträ. Träd är stora och långlivade, vilket innebär att forskning för att testa hållbarheten och stabiliteten hos ett introducerat drag kommer att vara dyrt och ta årtionden eller längre. Vi vet inte heller nästan lika mycket om de komplexa och enorma genomerna av träd, jämfört med labbfavoriter som fruktflugor och senapsplantan, Arabidopsis.

Dessutom, eftersom träd måste överleva över tiden och anpassa sig till förändrade miljöer är det viktigt att bevara och införliva sin befintliga genetiska mångfald i något "nytt" träd. Genom evolutionära processer har trädpopulationer redan många viktiga anpassningar till olika hot, och att förlora dessa kan vara katastrofala. Så även det fanciest biotechträdet kommer i slutändan att bero på ett tankeväckande och avsiktligt avelsprogram för att säkerställa långsiktig överlevnad. Av dessa skäl rekommenderar de nationella akademierna för vetenskap, teknik och medicin att öka investeringarna inte bara inom bioteknikforskning utan också inom trädodling, skogsekologi och populationsgenetik.

Övervakningsutmaningar

Utskottet fann att den amerikanska samordnade ramen för förordningen om bioteknik, som distribuerar federalt övervakning av bioteknikprodukter bland myndigheter som EPA, USDA och FDA, är inte fullt beredda att överväga införandet av ett biotektträd för att förbättra skogens hälsa.

Mest uppenbarligen har regulatorer alltid krävt att pollen och frön hålls kvar under biotekniska fältförsök för att undvika att genetiskt material släpps. Till exempel fick biotechkastan inte blomma för att säkerställa att transgen pollen inte skulle blåsa över landskapet under fältförsök. Men om biotexträd är avsedda att sprida sina nya egenskaper, genom frön och pollen, för att införa skadedämpning över landskap, så är studier av vild reproduktion nödvändiga. Dessa är för närvarande inte tillåtna förrän ett bioteknträ är helt avreglerat.

En annan brist i det nuvarande ramverket är att vissa biotekniska träd kanske inte kräver någon speciell granskning alls. USDA, till exempel, blev ombedd att betrakta en loblolly-tall som var genetiskt konstruerad för större trädensitet. Men eftersom USDA: s tillsynsmyndighet härrör från dess övervakning av växtskadeinfektioner, beslutade den att det inte hade någon tillsynsmyndighet över det biotekniska trädet. Liknande frågor kvarstår med avseende på organismer vars gener redigeras med hjälp av nya verktyg som CRISPR.

Utskottet noterade att amerikanska förordningar inte främjar en övergripande övervägning av skogs hälsa. Även om den nationella miljöpolitiska lagen ibland hjälper, är det osannolikt att vissa risker och många potentiella fördelar kommer att utvärderas. Detta gäller både bioteknik och andra verktyg för att bekämpa skadedjur och patogener, såsom trädodling, bekämpningsmedel och hanteringsmetoder.

Hur mäter du värdet av en skog?

Den nationella akademin för vetenskap, teknik och medicin rapport föreslår en "ekosystemtjänster" ram för att överväga de olika sätt som träd och skogar ger värde för människor. Dessa sträcker sig från utvinning av skogsprodukter till användningen av skogar för rekreation till de ekologiska tjänster som en skog erbjuder - vattenrening, artskydd och kolförvaring.

Utskottet erkände också att vissa sätt att värdera skogen inte passar in i ramen för ekosystemtjänsten. Till exempel, om skogar ses av vissa att ha "inneboende värde", då har de värde för sig själva, förutom hur människor värderar dem och kanske innebär en form av moralisk skyldighet att skydda och respektera dem. Frågor av "vildhet" och "naturlighet" är också yta.

Vild natur?

Paradoxalt sett kan ett biotexträd öka och minska vildheten. Om vildhet beror på brist på mänskligt ingripande, då kommer ett biotexträd att minska skogens vildhet. Men kanske så skulle ett konventionellt uppfödt hybridträd som medvetet introducerades i ett ekosystem.

Vilket skulle minska vildheten mer - införandet av ett biotechträd eller utrotning av en viktig trädart? Det finns inga rätt eller felaktiga svar på dessa frågor, men de påminner oss om komplexiteten i beslut att använda teknik för att förbättra "naturen".

Denna komplexitet pekar på en viktig rekommendation från National Academy of Sciences, Engineering och Medicine: Dialog mellan experter, intressenter och samhällen om hur man värderar skogar, bedömer riskerna och potentiella fördelar med bioteknik och förstår komplexa offentliga svar på alla potentiella insatser, inklusive sådana som inbegriper bioteknik. Dessa processer måste vara respektfulla, deliberativa, transparenta och inkluderande.

Sådana processer, såsom en 2018-intressentverkstad på biotechkastan, kommer inte att radera konflikt eller ens garantera konsensus, men de har potential att skapa insikt och förståelse som kan leda till demokratiska beslut som informeras av expertkunskap och allmänna värderingar.

Den här artikeln publicerades ursprungligen på The Conversation av Jason A. Delborne. Läs den ursprungliga artikeln här.