Runt om i världen minskar populationerna av många älskade arter i ökande takt. Enligt en dyster prognos kan så många som 40 % av världens arter vara utdöda år 2050. Oroväckande nog är många av dessa nedgångar orsakade av hot för vilka få lösningar finns.

Många arter är nu beroende av bevarandeuppfödningsprogram för sin överlevnad. Men dessa program uppmuntrar vanligtvis inte arter att anpassa sig och överleva i naturen vid sidan av svårlösta hot som klimatförändringar och sjukdomar.

Detta innebär att vissa arter inte längre kan existera i naturen, vilket orsakar stora nedströmseffekter på ekosystemet. Tänk till exempel på hur ett korallrev skulle kämpa för att fungera utan koraller.

Tänk om det fanns ett annat sätt? Jag och mina kollegor har utvecklat en interventionsmetod som syftar till att ge hotade arter de genetiska egenskaper de behöver för att överleva i naturen.

Omsätta teori i praktiken

Under generationer gör naturligt urval arter att anpassa sig till hot. Men i många fall idag överskrider hastigheten med vilken hoten utvecklas arters förmåga att anpassa sig.

Detta problem är särskilt uppenbart i vilda djur som hotas av nyligen uppkomna infektionssjukdomar som chytridiomycosis i amfibier, och i klimatpåverkade arter som koraller.

Den verktygslåda som jag och mina kollegor utvecklade kallas "targeted genetisk intervention" eller TGI. Det fungerar genom att öka förekomsten eller frekvensen av genetiska egenskaper som påverkar en organisms kondition i närvaro av hotet. Vi beskriver metoden i en färsk forskningsartikel.

Verktygslådan involverar artificiellt urval och syntetisk biologi. Dessa verktyg är väletablerade inom jordbruk och medicin men relativt oprövade som bevarandeverktyg. Vi förklarar dem mer i detalj nedan.

Många verktyg i vår TGI-verktygslåda har diskuterats i teorin i bevarandelitteratur under de senaste decennierna. Men den snabba utvecklingen inom genomsekvensering och syntetisk biologi gör att vissa nu är möjliga i praktiken.

Utvecklingen har gjort det lättare att förstå den genetiska grunden för egenskaper som gör det möjligt för en art att anpassa sig och att manipulera dem.

Vad är artificiellt urval?

Människor har länge använt artificiellt (eller fenotypiskt) urval för att främja önskvärda egenskaper hos djur och växter som fötts upp för sällskap eller mat. Denna genetiska förändring har lett till organismer, som tamhundar och majs, som skiljer sig dramatiskt från deras vilda stamfader.

Traditionellt artificiellt urval kan leda till resultat, såsom höga inavelshastigheter, som påverkar organismens hälsa och motståndskraft och är oönskade för bevarande. Om du någonsin har ägt en renrasig hund kanske du är medveten om några av dessa genetiska störningar.

Och när det gäller bevarande, att fastställa vilka individer från en art som är resistenta mot, säg, en dödlig patogen skulle innebära att djuret utsätts för hotet – uppenbarligen inte i arternas intresse.

Forskare inom boskapsindustrin har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att kringgå dessa problem. Kallas genomiskt urval, det kombinerar data från laboratoriearbete (som ett sjukdomsförsök) med den genetiska informationen från djuren för att förutsäga vilka individer som har genetiska egenskaper som bidrar till anpassning.

Dessa individer väljs sedan ut för avel. Under efterföljande generationer ökar en befolknings förmåga att överleva tillsammans med genomgripande hot.

Genomiskt urval har lett till sjukdomsresistent lax och boskap som producerar mer mjölk och bättre tål värme. Men det återstår att testa i bevarande.

Vad är syntetisk biologi?

Syntetisk biologi är en verktygslåda för att främja förändringar i organismer. Det inkluderar metoder som transgenes och genredigering, som kan användas för att introducera förlorade eller nya gener eller justera specifika genetiska egenskaper.

Nya syntetiska biologiverktyg som CRISPR-Cas9 har skapat ett sus i den medicinska världen och börjar också få uppmärksamhet från naturvårdsbiologer.

Sådana verktyg kan noggrant justera riktade genetiska egenskaper i en enskild organism - vilket gör den mer kapabel att anpassa sig - samtidigt som resten av arvsmassan lämnas orörd. De genetiska modifieringarna förs sedan vidare till efterföljande generationer.

Metoden minskar sannolikheten för oavsiktliga genetiska förändringar som kan inträffa vid artificiellt urval.

Syntetiska biologiska metoder prövas för närvarande för bevarande i flera arter runt om i världen. Dessa inkluderar kastanjeträdet och svartfotade illrar i USA och koraller i Australien.

Jag arbetar med forskare vid University of Melbourne för att utveckla TGI-metoder i australiensiska grodor. Vi prövar dessa tillvägagångssätt i den ikoniska södra corroboree-grodan och planerar att utöka dem till andra arter om de visar sig effektiva.

Över hela världen är sjukdomen chytridiomycosis förödande för grodpopulationer. Orsakas av svamppatogenen Batrachochytrium dendrobatidis , har det lett till utrotning av cirka 90 grodarter och minskar i så många som 500 andra.

Många grodarter förlitar sig nu på bevarandeuppfödning för sin fortsatta överlevnad. Det finns ingen effektiv lösning för att återställa chytrid-mottagliga grodor till naturen, eftersom svampen inte kan utrotas.

Se framåt

Som med många bevarandemetoder kommer riktad genetisk intervention sannolikt att innebära avvägningar. Till exempel kan genetiska egenskaper som gör en art resistent mot en sjukdom göra den mer mottaglig för en annan.

Men den snabba minskningen av arter betyder att vi bör pröva sådana potentiella lösningar innan det är för sent. Ju längre arter är frånvarande i ett ekosystem, desto större är chansen för irreversibla miljöförändringar.

Alla genetiska ingrepp av denna typ bör involvera alla intressenter, inklusive ursprungsbefolkningar och lokalsamhällen. Och försiktighet bör vidtas för att säkerställa att arter är lämpliga för utsättning och inte utgör någon risk för miljön.

Genom att uppmärksamma allmänheten, regeringen och andra forskare på konceptet TGI hoppas vi att vi kommer att stimulera diskussion och uppmuntra forskning om dess risker och fördelar.