Projekt Earth BioGenome želi sekvencirati sav život na Zemlji

Ljudi imaju lošu naviku: još od biblijskih vremena, uvodimo u apokalipse samo da bismo u zadnji čas kovali planove za spas planeta od uništenja.

Pa, možda smo pošteđeni Božjeg gnjeva, ali još nismo pošteđeni posljedica klimatskih promjena. Dakle, s porastom razine mora i globalnih temperatura, šačica suvremenih Noa preuzela je zadatak očuvanja života za buduće generacije. Umjesto arke, okrenuli su se tehnologiji kao svojoj posudi za očuvanje.

Na udaljenom otoku u arktičkoj Norveškoj, Svalbard Global Seed Vault nudi utvrđenu zalihu za oko 1700 drugih banaka sjemena diljem svijeta. Cilj organizacije je očuvati genetsku raznolikost i spasiti poljoprivredu od katastrofalnog propadanja kao posljedice nemilosrdnog okoliša.

Interdisciplinarni tim koji stoji iza Digitalni život, s druge strane, koristi kamere visoke razlučivosti za snimanje 3D slika životinja

, s fokusom na ugrožene vrste. Objavljivanjem ovih 3D modela besplatno na internetu, projekt pomaže u dijeljenju znanstvenih podataka diljem svijeta, istovremeno čuvajući uzorke — iako digitalno — za buduće generacije.

Sada je tim genomičara postavio vlastiti ambiciozni cilj — sekvencirati genom svih biljaka i životinja na Zemlji. Zvao se Projekt biogenom Zemlje, nadaju se otkriti tajne evolucije, pomoći u naporima za očuvanje i pomoći u očuvanju nacrta vrsta zauvijek.

Porijeklo

Projekt je zaživio na primjeren način - na poleđini salvete dok je nekolicina znanstvenika razmišljala o misterijama života. U njihovoj raspravi, Harris Lewin, Gene Robinson, i John Kress došao u slijepu ulicu. Njihova znanstvena nastojanja su se razlikovala - Lewin proučava evoluciju genoma, Robinson podrijetlo društvenog ponašanja u insekte, a Kress koevoluciju biljaka i ptica - ali svi su se složili da će im trebati mnogo više podataka kako bi provalili posebne kodove.

"Bilo je doslovno stotine pitanja koja smo morali postaviti da bismo saznali tajne života na planetu", rekao je Lewin, profesor na Kalifornijskom sveučilištu Davis, za Digital Trends.

Kao genomici, mnogo informacija koje su im trebale bilo je upakirano u DNK, pa je Lewin naškrabao nekoliko izračune sa poleđine salvete kako bismo vidjeli što bi bilo potrebno za potpuno čišćenje, sekvenciranje genoma svih biljni i životinjski svijet. Činilo se izvedivim, rekao je, pa su počeli razmatrati posljedice posjedovanja tako opsežne genomske karte života na Zemlji.

“Shvatili smo da bi ono što bismo imali bila neka vrsta infrastrukture za novu biologiju,” rekao je, “znanstveni strukturu za stvarno razumijevanje kako se život razvio na planetu, i naravno što možete izvesti iz ovoga znanje."

Kasnije su istraživači razvili vremenski okvir i izvršili još nekoliko formalnih izračuna, stvarajući 10-godišnji plan s procijenjenim troškom od 4,7 milijardi dolara.

Razlozi

Projekt Earth BioGenome pokreću dvije glavne težnje. Prvo, takav izvor bi genomičarima omogućio neviđen pristup uputama za život. Ako zamislite gene kao sastojke, a organizme kao obrok, genomi su poput recepata u evolucijskoj kuharici. Čitanje genoma možda vam neće točno reći zašto je neki organizam takav kakav jest, ali vam daje prilično jasan okvir za proučavanje kako je nastao.

“Kako se život organizirao?” kaže Lewin, počevši nabrajati misterije evolucije. „Kakvi su odnosi između organizama na planetu? Ovo nije jasno iz načina na koji se radi tradicionalna taksonomija... Ali uspoređujući sekvence DNK svake drugi možete razumjeti odnose i, s vremenom, saznati stvari kao što su gdje su preci konvergirao.”

Drugi cilj projekta je mapiranje DNK radi zaštite i očuvanja.

"Jednom kada saznate ove genetske informacije, možete osmisliti programe koji će omogućiti konzervatorskim biolozima da razviju planove za očuvanje i očuvanje na temelju tih informacija", rekao je Lewin. To može zvučati jednostavno, ali će zahtijevati prilagođene planove za svaku dotičnu vrstu.

Tijekom prve faze projekta, istraživači će pokušati sekvencirati oko 9300 vrsta, rekao je Lewin, barem po jednu iz svake eukariotske obitelji. Od 500 milijuna dolara koliko Lewin procjenjuje da će trebati za financiranje prve faze, tim je prikupio 100 milijuna dolara.

Oni će proširiti svoju mrežu u kasnijim fazama, s ciljem uključivanja 23 000 vrsta koje su navedene kao ugrožene Međunarodna unija za očuvanje prirode i, na kraju, nadaju se slijedu svih poznatih život.

Učiniti ovo sami ne bi bilo izvedivo pa su Lewin i njegovi kolege zatražili pomoć. Kolege istraživači, institucije, pa čak i čitave zemlje, pokazale su interes da doprinesu Projektu Zemljinog biogenoma, preuzimajući dio posla i pomažući platiti račun.

“Zemlje diljem svijeta žele sudjelovati na smislen način,” rekao je Lewin, “ne samo davanjem uzoraka projektu, već također… razvijanje vlastitih unutarnjih kapaciteta i infrastrukture za sekvenciranje, tumačenje i informatiku.” Pokazao je na Brazil, koji, zahvaljujući amazonskom bazenu, predstavlja otprilike deset posto cjelokupne globalne bioraznolikosti, kao zemlja koja želi uključiti se.

Izazovi

Projekt prati nekoliko pitanja, od kojih je najmanje važno, Je li to izvedivo i isplati li se uopće?

Otkriveno je oko 1,5 milijuna vrsta, no stručnjaci smatraju da to predstavlja samo deset posto ukupnog broja biljaka i životinja koje postoje. Do danas smo sekvencionirali samo oko 15 000 vrsta.

Ali tehnologija sekvenciranja znatno je napredovala od Projekta ljudskog genoma, inicijative vrijedne 3 milijarde dolara za čiju je realizaciju trebalo 13 godina. Prije nekoliko godina tvrtke su se hvalile da mogu sekvencirati cijeli ljudski genom za manje od 1000 dolara. Prošle godine su tvrdili da to mogu učiniti za 100 dolara. Dakle, Lewin nije zabrinut oko sekvenciranja - on je usredotočen na to da se prije svega dočepa uzoraka.

"Dobijanje uzoraka je najteži dio", rekao je. “Sekvenciranje nije najteže. Imamo tehnologiju za to. To je vaučer, skupljanje, provjera ispravnosti valjanosti određene vrste [to će biti najveći izazov]. Za mnoge vrste na svijetu postoji samo jedna osoba koja može identificirati tu vrstu. Malo je stručnjaka u svijetu koji mogu obavljati takav posao.”

Ne misle svi da je projekt vrijedan pokušaj kada je riječ o spašavanju vrsta. Na mjestu poput brazilske Amazone, koja gubi tisuće četvornih milja prašume godišnje a koji čini se da je vlada neodlučna u svojoj predanosti zaštiti, kampanja za sekvencioniranje vrsta možda nedostaje bit.

"Glavno pitanje o mjestu kao što je Amazona je što možemo učiniti da spriječimo da ono nestane u dimu u sljedećih trideset ili četrdeset godina." Stuart Pimm, ekolog za očuvanje prirode i stručnjak za studije izumiranja, rekao je. "Ako ode u dim, bez obzira znamo li genome ili ne, to nam neće učiniti ništa korisno."

Pimm je priznao da se "ne uzbuđuje oko genoma", ali je rekao: "Ovo mi se čini kao da je daleko od velikih izazova... Ne mislim da je ovo vrlo koristan projekt s obzirom na veličinu izazova bioraznolikosti koji su uključeni u zaštitu Amazone i zaštitu biološke raznolikosti oko svijet."

S kojim ciljem

Stavljajući po strani očuvanje vrsta, možda neće proći desetljeće da se Projekt Zemljinog biogenoma počne isplaćivati ​​na druge načine. U nedavnom partnerstvu, projekt se pridružio s Zemaljska banka kodova, digitalna platforma koja bilježi i registrira biološke podatke na javnom blockchainu. Čineći "biološku imovinu" zemlje, uključujući genetski kod, otvorenom i zaštićenom od bioprospekcija, partnerstvo se nada pomoći inovatorima da razviju lijekove i tehnologije inspirirane biološkim proizvodima koji bi mogli definirati našu budućnost. Neke od uzvišenih ideja organizacije uključuju korištenje mrava za utjecaj na samovozeće automobile i otrovnih žaba za razvoj antimikrobnih lijekova.

„Svrha [ovog partnerstva] je osigurati dijeljenje koristi od bilo kojeg izuma, inovacije i nove tehnologije koja razvija se kao rezultat slijeda bioraznolikosti gdje bioraznolikost potječe iz bilo koje određene zemlje,” Lewin rekao je. "Svako znanje koje proizlazi iz ovog projekta ili generirane koristi mogu se vratiti ili se dio tih koristi može podijeliti s tim zemljama."

Takvo bi partnerstvo moglo potaknuti novi ekonomski model za mjesta poput Amazonskog bazena, gdje se bioekonomija bi se mogla temeljiti na inspiraciji iz bioloških organizama, a ne na iskorištavanju prirodnih resursi.

Ali prvo će morati početi sa sekvenciranjem. Preostalo je samo nekoliko milijuna vrsta.

Preporuke urednika

• Znanstvenici žele pokriti Zemlju senzorima. Njihovo tajno oružje? Moljci