Het Earth BioGenome Project wil al het leven op aarde in kaart brengen

Mensen hebben de slechte gewoonte: sinds bijbelse tijden hebben we apocalypsen ingeluid, alleen maar om op het laatste moment plannen te bedenken om de planeet van de ondergang te redden.

Welnu, de toorn van God is ons misschien bespaard gebleven, maar nog niet de gevolgen van de klimaatverandering. Dus nu de zeespiegel en de temperatuur op aarde stijgen, heeft een handvol moderne Noachs de taak op zich genomen om het leven voor toekomstige generaties te behouden. In plaats van een ark hebben ze zich tot technologie gewend als middel voor behoud.

Op een afgelegen eiland in het Arctische Noorwegen ligt de Svalbard Global Seed Vault biedt een versterkte opslagplaats voor de ongeveer 1.700 andere zaadbanken die over de hele wereld verspreid zijn. Het doel van de organisatie is om de genetische diversiteit te behouden en de landbouw te behoeden voor een catastrofale mislukking als gevolg van een meedogenloze omgeving.

Het interdisciplinaire team erachter Digitaal leven, aan de andere kant, maakt gebruik van high-definition camera's om 3D-beelden van dieren te maken, met de nadruk op bedreigde diersoorten. Door deze 3D-modellen gratis online te publiceren, helpt het project wetenschappelijke gegevens over de hele wereld te delen, terwijl specimens – zij het digitaal – voor toekomstige generaties worden bewaard.

Nu heeft een team van genomici zijn eigen ambitieuze doel gesteld: het genoom van alle planten en dieren op aarde in kaart brengen. Genaamd de Earth BioGenome-projecthopen ze de geheimen van de evolutie te ontsluiten, te helpen bij natuurbehoudsinspanningen en de blauwdruk van soorten voor altijd te helpen behouden.

Oorsprong

Het project kwam op een passende manier tot leven: op de achterkant van een servet, terwijl een paar wetenschappers nadachten over de mysteries van het leven. In hun discussie hebben Harris Lewin, Gene Robinson, En John Kress in een impasse terechtgekomen. Hun wetenschappelijke bezigheden verschilden: Lewin bestudeert de evolutie van het genoom, Robinson de oorsprong van sociaal gedrag insecten, en Kress, de co-evolutie van planten en vogels – maar ze waren het er allemaal over eens dat ze veel meer gegevens nodig hadden om hun bepaalde codes.

“Er waren letterlijk honderden vragen die we moesten stellen om de geheimen van het leven op aarde te kennen”, vertelde Lewin, een professor aan de Universiteit van Californië, Davis, aan Digital Trends.

Als genomici zat een groot deel van de informatie die ze nodig hadden in DNA, dus krabbelde Lewin er een paar op berekeningen op de achterkant van het servet om te zien wat er nodig is om een ​​volledige doorzoeking uit te voeren, waarbij de genomen van alle planten- en dierenleven. Het leek haalbaar, zei hij, dus begonnen ze na te denken over de gevolgen van het hebben van zo’n uitgebreide genomische kaart van het leven op aarde.

‘We realiseerden ons dat wat we zouden hebben een soort infrastructuur zou zijn voor een nieuwe biologie,’ zei hij, ‘een wetenschappelijke structuur om echt te begrijpen hoe het leven op de planeet evolueerde, en natuurlijk wat je hieruit zou kunnen afleiden kennis."

Later ontwikkelden de onderzoekers een tijdlijn en voerden nog een paar formele berekeningen uit, waardoor een tienjarenplan ontstond met een geschatte kostprijs van $ 4,7 miljard.

Redenen

Het Earth BioGenome Project wordt gedreven door twee hoofddoelen. Ten eerste zou een dergelijke hulpbron genomics ongekende toegang geven tot de handleidingen van het leven. Als je genen als ingrediënten en organismen als maaltijd beschouwt, zijn genomen als recepten in een evolutionair kookboek. Het doorlezen van een genoom vertelt je misschien niet precies waarom een ​​organisme is zoals het is, maar het geeft je wel een vrij duidelijk raamwerk om te bestuderen hoe het tot stand is gekomen.

“Hoe heeft het leven zich georganiseerd?” zegt Lewin, terwijl hij de mysteries van de evolutie begint op te sommen. “Wat zijn de relaties tussen organismen op de planeet? Dit wordt niet duidelijk uit de manier waarop de traditionele taxonomie wordt uitgevoerd … Maar door de DNA-sequenties met elkaar te vergelijken anderen kun je de relaties begrijpen en na verloop van tijd dingen ontdekken zoals waar voorouders geconvergeerd.”

Het andere doel van het project is het in kaart brengen van DNA ten behoeve van conservering en conservering.

"Als je eenmaal deze genetische informatie kent, kun je programma's ontwerpen waarmee natuurbeschermingsbiologen op basis van die informatie plannen voor natuurbehoud en behoud kunnen ontwikkelen," zei Lewin. Dat klinkt misschien eenvoudig, maar het vergt maatwerk per soort.

Tijdens de eerste fase van het project zullen de onderzoekers proberen ongeveer 9.300 soorten te sequensen, zei Lewin, minstens één uit elke eukaryotische familie. Van de $500 miljoen die Lewin nodig heeft om de eerste fase te financieren, heeft het team $100 miljoen opgehaald.

In latere fasen zullen ze hun net uitbreiden, met als doel de 23.000 soorten op te nemen die op de lijst staan ​​van bedreigde soorten. de Internationale Unie voor het behoud van de natuur en uiteindelijk hopen ze alle bekende op een rij te zetten leven.

Dit allemaal alleen doen zou onhaalbaar zijn, dus hebben Lewin en zijn collega's hulp ingeroepen. Collega-onderzoekers, instellingen en zelfs hele landen hebben belangstelling getoond om bij te dragen aan het Earth BioGenome Project, waarbij ze een deel van de werklast op zich nemen en de rekening helpen betalen.

“Landen over de hele wereld willen op een zinvolle manier meedoen,” zei Lewin, “niet alleen door monsters aan het project te verstrekken, maar ook…het ontwikkelen van hun eigen interne capaciteit en infrastructuur voor het uitvoeren van de sequencing, interpretatie en informatica.’ Hij wees naar Brazilië, dat dankzij het Amazonebekken ongeveer tien procent van de gehele mondiale biodiversiteit vertegenwoordigt, als een land dat graag wil raak betrokken.

Uitdagingen

Het project wordt gevolgd door een aantal vragen, niet in de laatste plaats: Is het haalbaar en is het überhaupt de moeite waard?

Er zijn ongeveer 1,5 miljoen soorten ontdekt, maar experts denken dat dit slechts tien procent vertegenwoordigt van het totale aantal bestaande planten en dieren. Tot nu toe hebben we ongeveer 15.000 soorten in kaart gebracht.

Maar de sequentietechnologie is aanzienlijk vooruitgegaan sinds het Human Genome Project, een initiatief ter waarde van $3 miljard dat dertien jaar in beslag nam. Een paar jaar geleden pochten bedrijven dat ze voor minder dan duizend dollar een volledig menselijk genoom konden sequencen. Vorig jaar beweerden ze dat ze het voor $ 100 konden doen. Lewin maakt zich dus geen zorgen over de sequencing; hij concentreert zich in de eerste plaats op het in handen krijgen van specimens.

"Het verkrijgen van monsters is het moeilijkste deel", zei hij. “Sequencing is niet het moeilijkste. Wij hebben de technologie om dat te doen. Het is het verzamelen van vouchers, het verzamelen en ervoor zorgen dat de geldigheid van een bepaalde soort klopt [dat zal de grootste uitdaging zijn]. Voor veel soorten in de wereld is er maar één persoon die die soort kan identificeren. Er zijn zo weinig experts in de wereld die dat soort werk kunnen doen.”

Niet iedereen vindt het project een waardig streven als het gaat om het redden van diersoorten. In een plaats als het Braziliaanse Amazonegebied, dat verliest jaarlijks duizenden vierkante kilometers regenwoud en welke de regering lijkt besluiteloos in haar inzet om te beschermen, kan een campagne om soorten te sequensen het punt missen.

“De belangrijkste vraag over een plek als de Amazone is wat we kunnen doen om te voorkomen dat deze in de komende dertig of veertig jaar in rook opgaat.” Stuart Pimm, zei een ecoloog en expert in uitstervingsstudies. “Als het in rook opgaat, of we de genomen nu kennen of niet, zal dat niets nuttigs voor ons doen.”

Pimm gaf toe dat hij ‘niet enthousiast wordt over genomen’, maar zei: ‘Dit lijkt mij ver verwijderd van de grote uitdagingen… Ik denk niet dat dit een probleem is. zeer nuttig project gezien de omvang van de biodiversiteitsuitdagingen die betrokken zijn bij de bescherming van het Amazonegebied en de bescherming van de biodiversiteit eromheen wereld."

Met welk doel

Afgezien van het behoud van soorten zal het wellicht geen tien jaar duren voordat het Earth BioGenome Project op andere manieren vruchten begint af te werpen. In een recent partnerschap is het project samengegaan met de Aardebank met codes, een digitaal platform dat biologische gegevens vastlegt en registreert op een publieke blockchain. Door de ‘biologische bezittingen’ van een land, inclusief de genetische code, open te maken en te beschermen bioprospectiehoopt het partnerschap innovators te helpen bio-geïnspireerde medicijnen en technologieën te ontwikkelen die onze toekomst kunnen bepalen. Enkele van de verheven ideeën van de organisatie zijn onder meer het gebruik van mieren om zelfrijdende auto’s te beïnvloeden en giftige kikkers om antimicrobiële medicijnen te ontwikkelen.

“Het doel [met dit partnerschap] is om ervoor te zorgen dat de voordelen worden gedeeld van elke uitvinding, innovatie en nieuwe technologie die dat oplevert zich ontwikkelt als gevolg van de volgorde van de biodiversiteit, waarbij de biodiversiteit afkomstig is uit een bepaald land”, aldus Lewin gezegd. “Alle kennis die voortkomt uit dit project of de gegenereerde voordelen kan worden teruggegeven, of een deel van die voordelen kan worden gedeeld met die landen.”

Een dergelijk partnerschap zou een nieuw economisch model kunnen stimuleren voor plaatsen als het Amazonebekken, waar de De bio-economie zou gebaseerd kunnen zijn op inspiratie uit biologische organismen in plaats van op de exploitatie van natuurlijke organismen bronnen.

Maar eerst moeten ze beginnen met sequencen. Er zijn nog maar een paar miljoen soorten te gaan.

Aanbevelingen van de redactie

• Wetenschappers willen de aarde bedekken met sensoren. Hun geheime wapen? Motten