Projekt Earth BioGenome chce sekvenovat veškerý život na Zemi

Lidé mají špatný zvyk: Od biblických časů jsme spustili apokalypsy, abychom na poslední chvíli vymysleli plány na záchranu planety před zničením.

Možná jsme byli ušetřeni Božího hněvu, ale ještě ne následků klimatických změn. S rostoucí hladinou moří a globálními teplotami se tedy hrstka novodobých Noemů ujala úkolu zachovat život pro budoucí generace. Místo archy se obrátili na technologii jako na svou nádobu pro uchování.

Na odlehlém ostrově v arktickém Norsku Svalbard Global Seed Vault nabízí opevněný skrýš pro asi 1 700 dalších semenných bank rozmístěných po celém světě. Cílem organizace je zachovat genetickou rozmanitost a zachránit zemědělství před katastrofickým selháním v důsledku nelítostného prostředí.

Interdisciplinární tým za sebou Digitální život, na druhou stranu, používá kamery s vysokým rozlišením k pořizování 3D snímků zvířat

, se zaměřením na ohrožené druhy. Zveřejněním těchto 3D modelů zdarma online pomáhá projekt sdílet vědecká data po celém světě a zároveň uchovává vzorky – i když digitálně – pro budoucí generace.

Nyní si tým genomistů stanovil svůj vlastní ambiciózní cíl – sekvenovat genom všech rostlin a zvířat na Zemi. Volal Projekt Země BioGenomedoufají, že odhalí tajemství evoluce, pomohou v úsilí o ochranu a pomohou zachovat plán druhů navěky.

Origins

Projekt ožil vhodným způsobem – na zadní straně ubrousku, zatímco několik vědců přemítalo o záhadách života. V jejich diskusi, Harris Lewin, Gene Robinson, a John Kress se dostal do slepé uličky. Jejich vědecké snahy se lišily – Lewin studuje vývoj genomu, Robinson původ sociálního chování hmyz a Kress společný vývoj rostlin a ptáků – ale všichni se shodli, že k rozluštění jejich konkrétní kódy.

„Byly to doslova stovky otázek, které jsme si museli položit, abychom poznali tajemství života na planetě,“ řekl pro Digital Trends Lewin, profesor na University of California, Davis.

Jako genomici bylo mnoho informací, které potřebovali, zabaleno v DNA, takže Lewin pár načmáral výpočty na zadní straně ubrousku, aby se zjistilo, co by bylo zapotřebí k úplnému prozkoumání a sekvenování genomů všech rostlinný a živočišný život. Zdálo se to proveditelné, řekl, a tak začali zvažovat důsledky existence tak rozsáhlé genomické mapy života na Zemi.

„Uvědomili jsme si, že to, co bychom měli, by byla infrastruktura pro novou biologii,“ řekl, „vědecká struktura pro skutečné pochopení toho, jak se život na planetě vyvíjel, a samozřejmě, co z toho můžete odvodit znalost."

Později výzkumníci vyvinuli časovou osu a provedli několik dalších formálních výpočtů, čímž vytvořili 10letý plán s odhadovanou cenou 4,7 miliardy dolarů.

Důvody

Projekt Earth BioGenome je řízen dvěma hlavními cíli. Za prvé, takový zdroj by genomistům poskytl bezprecedentní přístup k návodům na život. Pokud uvažujete o genech jako o ingrediencích a o organismech jako o jídle, jsou genomy jako recepty v evoluční kuchařce. Čtení genomu vám možná přesně neřekne, proč je organismus takový, jaký je, ale dá vám docela jasný rámec pro studium toho, jak vznikl.

"Jak se organizoval život?" říká Lewin a začíná vypisovat záhady evoluce. „Jaké jsou vztahy mezi organismy na planetě? To není jasné z toho, jak se provádí tradiční taxonomie... Ale porovnáním sekvencí DNA s každou z nich jinak můžete porozumět vztahům a časem zjistit věci jako kde byli předci konvergované.“

Dalším cílem projektu je mapování DNA pro účely konzervace a konzervace.

"Jakmile budete znát tuto genetickou informaci, můžete navrhnout programy, které umožní ochranářským biologům vyvinout plány na ochranu a uchování založené na těchto informacích," řekl Lewin. To může znít jednoduše, ale bude to vyžadovat přizpůsobené plány pro každý dotyčný druh.

Během první fáze projektu se vědci pokusí sekvenovat asi 9300 druhů, řekl Lewin, alespoň jeden z každé eukaryotické rodiny. Z 500 milionů dolarů, které Lewin odhaduje, že budou muset financovat první fázi, tým získal 100 milionů dolarů.

V pozdějších fázích rozšíří svou síť s cílem zahrnout 23 000 druhů zařazených jako ohrožené Mezinárodní unie pro ochranu přírody a nakonec doufají, že seřadí všechny známé život.

Dělat to všechno sami by bylo neproveditelné, a tak Lewin a jeho kolegové požádali o pomoc. Kolegové výzkumníci, instituce a dokonce celé země projevily zájem přispět k projektu Earth BioGenome, převzít část pracovní zátěže a pomoci zaplatit účet.

„Země po celém světě se chtějí zapojit smysluplným způsobem,“ řekl Lewin, „nejen poskytnutím vzorků projektu, ale také...rozvoj vlastní interní kapacity a infrastruktury pro provádění sekvenování, interpretace a informatiky.“ Ukázal na Brazílie, která díky Amazonské pánvi představuje zhruba deset procent celkové světové biodiverzity, jako země, která má zájem zapojit se.

Výzvy

Projekt je doprovázen několika otázkami, z nichž v neposlední řadě jsou: Je to proveditelné a stojí to vůbec za to?

Bylo objeveno asi 1,5 milionu druhů, ale odborníci se domnívají, že to představuje pouhých deset procent z celkového počtu existujících rostlin a živočichů. K dnešnímu dni jsme sekvenovali jen asi 15 000 druhů.

Ale technologie sekvenování značně pokročila od projektu Human Genome Project, iniciativy ve výši 3 miliard dolarů, jejíž dokončení trvalo 13 let. Před několika lety se společnosti chlubily, že mohou sekvenovat celý lidský genom za méně než 1000 dolarů. Minulý rok tvrdili, že to zvládnou za 100 dolarů. Lewin si tedy se sekvenováním nedělá starosti – soustředí se především na to, aby dostal do rukou vzorky.

"Získání vzorků je nejobtížnější část," řekl. „Sekvenční zpracování není nejtěžší. Máme na to technologii. Je to poukazování, sbírání, ujišťování se, že platnost určitého druhu je správná [to bude největší výzva]. Pro mnoho druhů na světě existuje pouze jedna osoba, která dokáže tento druh identifikovat. Na světě je tak málo odborníků, kteří dokážou dělat takovou práci.“

Ne každý si myslí, že projekt je důstojným cílem, pokud jde o záchranu druhů. Na místě, jako je brazilská Amazonie, která prohrává tisíce čtverečních mil deštného pralesa ročně a který vláda se zdá nerozhodná ve svém závazku chránit, kampaň na sekvenční druhy může postrádat smysl.

"Zásadní otázkou ohledně místa, jako je Amazonie, je, co můžeme udělat, abychom zabránili tomu, aby se v příštích třiceti nebo čtyřiceti letech nezačalo kouřit." Stuart Pimm, ochranářský ekolog a odborník na studie vymírání, řekl. "Jestli to vyletí do kouře, ať už známe genomy nebo ne, nic užitečného to pro nás neudělá."

Pimm přiznal, že „nevzrušuje genomy“, ale řekl: „Připadá mi, že je to daleko od velkých výzev... Nemyslím si, že je to velmi užitečný projekt vzhledem k rozsahu výzev v oblasti biologické rozmanitosti, které jsou spojeny s ochranou Amazonie a ochranou biologické rozmanitosti v okolí svět."

Na jaký konec

Ponecháme-li ochranu druhů stranou, nemusí trvat deset let, než se projekt Earth BioGenome začne vyplácet jinými způsoby. V nedávném partnerství se projekt spojil s Země Banka kódů, digitální platforma, která zaznamenává a registruje biologická data na veřejném blockchainu. Tím, že „biologická aktiva“ země, včetně genetického kódu, budou otevřena a chráněna před nimi bioprospekce, partnerství doufá, že pomůže inovátorům vyvinout bioinspirované léky a technologie, které by mohly definovat naši budoucnost. Některé ze vznešených nápadů organizace zahrnují použití mravenců k ovlivnění samořídících aut a jedovatých žab k vývoji antimikrobiálních léků.

„Účelem [s tímto partnerstvím] je zajistit sdílení přínosů z jakéhokoli vynálezu, inovace a nové technologie Vyvíjí se jako výsledek sekvenování biologické rozmanitosti, kde biologická rozmanitost pochází z jakékoli konkrétní země,“ Lewin řekl. "Jakékoli znalosti, které pocházejí z tohoto projektu nebo vytvořené výhody, mohou být vráceny nebo mohou být části těchto výhod sdíleny s těmito zeměmi."

Takové partnerství by mohlo podnítit nový ekonomický model pro místa, jako je Amazonská pánev, kde se bioekonomika by mohla být založena spíše na inspiraci biologickými organismy než na využívání přírodních zdroje.

Nejprve ale budou muset začít sekvenovat. Zbývá už jen několik milionů druhů.

Doporučení redakce

• Vědci chtějí pokrýt Zemi senzory. Jejich tajná zbraň? Můry