Earth BioGenome-prosjektet ønsker å sekvensere alt liv på jorden

Mennesker har en dårlig vane: Siden bibelsk tid har vi innledet apokalypser bare for å lage planer i siste liten for å redde planeten fra ødeleggelse.

Vel, vi kan ha blitt spart for Guds vrede, men ennå ikke konsekvensene av klimaendringer. Så med havnivået og globale temperaturer på vei opp, har en håndfull moderne Noahs tatt på seg oppgaven med å bevare liv for fremtidige generasjoner. I stedet for en ark, har de vendt seg til teknologi som deres fartøy for bevaring.

På en avsidesliggende øy i det arktiske Norge Svalbard Globale frøhvelv tilbyr et befestet stash-hus for de rundt 1700 andre frøbankene som er spredt over hele kloden. Organisasjonens mål er å bevare genetisk mangfold og redde landbruket fra katastrofal fiasko som følge av et utilgivelig miljø.

Det tverrfaglige teamet bak Digitalt liv, på den andre siden,

bruker høyoppløsningskameraer for å ta 3D-bilder av dyr, med fokus på truede arter. Ved å publisere disse 3D-modellene gratis på nettet, hjelper prosjektet med å dele vitenskapelige data over hele verden, samtidig som eksemplarer bevares – om enn digitalt – for fremtidige generasjoner.

Nå har et team av genomikere satt sitt eget ambisiøse mål - å sekvensere genomet til alle planter og dyr på jorden. Ringte Earth BioGenome Project, håper de å låse opp evolusjonens hemmeligheter, hjelpe til med bevaringsarbeid og bidra til å bevare planen til arter for evig.

Opprinnelse

Prosjektet ble levende på en passende måte - på baksiden av en serviett mens noen få forskere funderte over livets mysterier. I diskusjonen deres, Harris Lewin, Gene Robinson, og John Kress kom i en blindgate. Deres vitenskapelige sysler var forskjellige - Lewin studerer utviklingen av genomet, Robinson opprinnelsen til sosial atferd i insekter, og Kress co-evolusjonen av planter og fugler - men de var alle enige om at de ville trenge mye mer data for å knekke deres spesielle koder.

"Det var bokstavelig talt hundrevis av spørsmål vi trengte å stille for å vite hemmelighetene til livet på planeten," sa Lewin, professor ved University of California, Davis, til Digital Trends.

Som genomikere var mye informasjonen de trengte pakket i DNA, så Lewin skriblet noen bak-av-servietten-beregninger for å se hva som skal til for å gjøre en full sveip, sekvensere genomene til alle plante- og dyreliv. Det virket gjennomførbart, sa han, så de begynte å vurdere konsekvensene av å ha et så omfattende genomisk kart over livet på jorden.

"Vi innså at det vi ville ha ville være infrastrukturen for en ny biologi," sa han, "en vitenskapelig struktur for virkelig å forstå hvordan livet utviklet seg på planeten, og selvfølgelig hva du kan utlede av dette kunnskap."

Senere utviklet forskerne en tidslinje og utførte noen flere formelle beregninger, og laget en 10-årsplan til en estimert kostnad på 4,7 milliarder dollar.

Grunner

Earth BioGenome-prosjektet er drevet av to hovedaktiviteter. For det første vil en slik ressurs gi genomikere enestående tilgang til livets bruksanvisninger. Hvis du tenker på gener som ingredienser og organismer som et måltid, er genomer som oppskrifter i en evolusjonær kokebok. Å lese gjennom et genom forteller deg kanskje ikke nøyaktig hvorfor en organisme er slik den er, men det gir deg en ganske klar ramme for å studere hvordan den ble til.

"Hvordan organiserte livet seg?" sier Lewin og begynner å liste opp evolusjonens mysterier. "Hva er relasjonene mellom organismer på planeten? Dette er ikke klart fra hvordan tradisjonell taksonomi gjøres... Men ved å sammenligne DNA-sekvensene til hver andre kan du forstå relasjonene og etter hvert finne ut ting som hvor forfedre konvergerte."

Det andre målet med prosjektet er å kartlegge DNA av hensyn til bevaring og bevaring.

"Når du kjenner denne genetiske informasjonen, kan du designe programmer som vil gjøre det mulig for bevaringsbiologer å utvikle planer for bevaring og bevaring basert på den informasjonen," sa Lewin. Det kan høres enkelt ut, men det vil innebære tilpassede planer for hver art det gjelder.

I løpet av den første fasen av prosjektet vil forskerne prøve å sekvensere rundt 9 300 arter, sa Lewin, minst én fra hver eukaryot familie. Av de 500 millioner dollar som Lewin anslår de trenger for å finansiere fase én, har teamet samlet inn 100 millioner dollar.

De vil utvide nettet i senere faser, med sikte på å inkludere de 23 000 artene som er oppført som truet av International Union for Conservation of Nature, og til slutt håper de å sekvensere alle kjente liv.

Å gjøre dette helt på egen hånd ville være umulig, så Lewin og kollegene hans har fått litt hjelp. Medforskere, institusjoner og til og med hele land har vist interesse for å bidra til Earth BioGenome Project, ta på seg noe av arbeidsbelastningen og bidra til å betale regningen.

"Land rundt om i verden ønsker å delta på en meningsfull måte," sa Lewin, "ikke bare ved å gi prøver til prosjektet, men også... utvikle sin egen interne kapasitet og infrastruktur for å utføre sekvensering, tolkning og informatikk." Han pekte på Brasil, som, takket være Amazonasbassenget, representerer omtrent ti prosent av hele det globale biologiske mangfoldet, som et land som ønsker å bli involvert.

Utfordringer

Prosjektet er etterfulgt av et par spørsmål, ikke minst, Er det gjennomførbart og er det verdt det?

Rundt 1,5 millioner arter har oppdaget, men eksperter tror det representerer bare ti prosent av det totale antallet planter og dyr som eksisterer. Til dags dato har vi sekvensert omtrent 15 000 arter.

Men sekvenseringsteknologien har utviklet seg betydelig siden Human Genome Project, et initiativ på 3 milliarder dollar som tok 13 år å fullføre. For noen år siden skrøt selskaper av at de kunne sekvensere et helt menneskelig genom for mindre enn 1000 dollar. I fjor hevdet de at de kunne gjøre det for 100 dollar. Så Lewin er ikke bekymret for sekvensering - han har fokusert på å få tak i prøver i utgangspunktet.

"Anskaffelsen av prøver er den vanskeligste delen," sa han. "Sekvensering er ikke det vanskeligste. Vi har teknologien til å gjøre det. Det er å gi godkjenning, samle inn, sørge for at gyldigheten til en bestemt art er korrekt [det vil være den største utfordringen]. For mange arter i verden er det bare en enkelt person som kan identifisere den arten. Det er så få eksperter i verden som kan gjøre den typen arbeid.»

Ikke alle synes prosjektet er en verdig satsing når det gjelder å redde arter. På et sted som den brasilianske Amazonas, som taper tusenvis av kvadratkilometer regnskog årlig og hvilke regjeringen virker ubesluttsom i sin forpliktelse til å beskytte, kan det hende at en kampanje for å sekvensere arter mangler poenget.

"Det prinsipielle spørsmålet om et sted som Amazonas er hva vi kan gjøre for å forhindre at det går opp i røyk i løpet av de neste tretti eller førti årene." Stuart Pimm, en bevaringsøkolog og ekspert på utryddelsesstudier, sa. "Hvis det går opp i røyk, enten vi kjenner genomene eller ikke, kommer det ikke til å gjøre noe nyttig for oss."

Pimm innrømmet at han "ikke blir begeistret for genomer", men sa: "dette slår meg som et stykke unna de store utfordringene... jeg tror ikke dette er en veldig nyttig prosjekt gitt omfanget av biologisk mangfold utfordringene som er involvert i å beskytte Amazonas og beskytte biologisk mangfold rundt verden."

Til hvilken ende

Setter man bevaring av arter til side, kan det ikke ta et tiår før Earth BioGenome Project begynner å lønne seg på andre måter. I et nylig partnerskap gikk prosjektet sammen med Earth Bank of Codes, en digital plattform som registrerer og registrerer biologiske data på en offentlig blokkjede. Ved å gjøre et lands "biologiske eiendeler", inkludert genetisk kode, åpne og beskyttet mot bioprospektering, håper partnerskapet å hjelpe innovatører med å utvikle bioinspirerte medisiner og teknologier som kan definere fremtiden vår. Noen av organisasjonens høye ideer inkluderer å bruke maur for å påvirke selvkjørende biler og giftige frosker til å utvikle antimikrobielle medisiner.

"Hensikten [med dette partnerskapet] er å sikre en fordelsdeling fra enhver oppfinnelse, innovasjon og ny teknologi som utvikler seg som et resultat av sekvensering av biologisk mangfold der det biologiske mangfoldet kommer fra et bestemt land," Lewin sa. "All kunnskap som stammer fra dette prosjektet eller fordelene generert kan returneres, eller en del av disse fordelene kan deles med disse landene."

Et slikt partnerskap kan anspore til en ny økonomisk modell for steder som Amazonasbassenget, hvor bioøkonomi kan være basert på inspirasjon fra biologiske organismer i stedet for utnyttelse av naturlige ressurser.

Men først må de begynne å sekvensere. Bare noen få millioner arter igjen å gå.

Redaktørenes anbefalinger

• Forskere ønsker å dekke jorden med sensorer. Deres hemmelige våpen? Møll