Projekt Earth BioGenome chce zsekwencjonować całe życie na Ziemi

Ludzie mają zły nawyk: od czasów biblijnych wprowadzaliśmy apokalipsy tylko po to, by w ostatniej chwili opracować plany ocalenia planety przed zagładą.

Cóż, być może oszczędzono nam gniewu Bożego, ale jeszcze nie uniknęliśmy konsekwencji zmian klimatycznych. Zatem wraz ze wzrostem poziomu mórz i globalną temperaturą garstka współczesnych Noach podjęła się zadania ochrony życia dla przyszłych pokoleń. Zamiast arki zwrócili się ku technologii jako naczyniu do konserwacji.

Na odległej wyspie w arktycznej Norwegii... Globalny Skarbiec Nasion Svalbardu oferuje ufortyfikowany schowek dla około 1700 innych banków nasion rozsianych po całym świecie. Celem organizacji jest ochrona różnorodności genetycznej i uratowanie rolnictwa przed katastrofalną porażką wynikającą z bezlitosnego środowiska.

Za tym interdyscyplinarny zespół Cyfrowe życie

, z drugiej strony, wykorzystuje kamery o wysokiej rozdzielczości do robienia zdjęć 3D zwierząt, ze szczególnym uwzględnieniem gatunków zagrożonych. Publikując bezpłatnie te modele 3D w Internecie, projekt pomaga dzielić się danymi naukowymi na całym świecie, jednocześnie zachowując okazy – aczkolwiek cyfrowo – dla przyszłych pokoleń.

Teraz zespół genomistów postawił sobie ambitny cel — sekwencjonowanie genomu wszystkich roślin i zwierząt na Ziemi. Nazywany Projekt BioGenomu Ziemimają nadzieję odkryć tajemnice ewolucji, pomóc w działaniach ochronnych i pomóc zachować plan gatunków na zawsze.

Początki

Projekt narodził się w odpowiedni sposób – na odwrocie serwetki, podczas gdy kilku naukowców rozmyślało o tajemnicach życia. W ich dyskusji m.in. Harrisa Lewina, Gene'a Robinsona, I Johna Kressa znalazł się w impasie. Ich zainteresowania naukowe były różne – Lewin badał ewolucję genomu, Robinson – pochodzenie zachowań społecznych owady, a Kress – koewolucję roślin i ptaków – ale wszyscy zgodzili się, że do złamania swoich teorii potrzeba znacznie więcej danych. określone kody.

„Istniały dosłownie setki pytań, które musieliśmy zadać, aby poznać sekrety życia na planecie” – powiedział Digital Trends Lewin, profesor na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis.

Jako genomicyści, większość potrzebnych im informacji była zawarta w DNA, więc Lewin zapisał kilka obliczenia od tyłu serwetki, aby zobaczyć, ile potrzeba, aby przeprowadzić pełny przegląd i zsekwencjonować genomy wszystkich życie roślinne i zwierzęce. Wydawało się to wykonalne, powiedział, więc zaczęli rozważać konsekwencje posiadania tak obszernej genomicznej mapy życia na Ziemi.

„Zdaliśmy sobie sprawę, że będziemy mieli infrastrukturę dla nowej biologii”, powiedział, „naukowej strukturę pozwalającą naprawdę zrozumieć, jak życie ewoluowało na planecie i oczywiście, co można z tego wyciągnąć wiedza."

Później badacze opracowali harmonogram i przeprowadzili kilka bardziej formalnych obliczeń, tworząc plan 10-letni, którego koszt szacuje się na 4,7 miliarda dolarów.

Powody

Projekt Earth BioGenome opiera się na dwóch głównych celach. Po pierwsze, taki zasób zapewniłby genomikom bezprecedensowy dostęp do instrukcji życia. Jeśli pomyślisz o genach jak o składnikach, a organizmach o posiłku, genomy będą jak przepisy z ewolucyjnej książki kucharskiej. Czytanie genomu może nie powiedzieć dokładnie, dlaczego organizm jest taki, jaki jest, ale daje całkiem jasne ramy do zbadania, jak do tego doszło.

„Jak zorganizowało się życie?” – mówi Lewin, zaczynając wyliczać tajemnice ewolucji. „Jakie są relacje między organizmami na planecie? Nie wynika to jasno ze sposobu, w jaki prowadzona jest tradycyjna taksonomia… Ale porównując sekwencje DNA z każdą z nich w innym przypadku możesz zrozumieć powiązania i z czasem dowiedzieć się takich rzeczy, jak lokalizacja przodków zbiegły się.”

Drugim celem projektu jest mapowanie DNA na potrzeby konserwacji i konserwacji.

„Kiedy poznasz tę informację genetyczną, możesz zaprojektować programy, które umożliwią biologom zajmującym się ochroną przyrody opracowywanie planów ochrony w oparciu o te informacje” – powiedział Lewin. Może to wydawać się proste, ale będzie wymagać planów dostosowanych do potrzeb każdego gatunku.

Lewin powiedział, że w pierwszej fazie projektu naukowcy spróbują zsekwencjonować około 9300 gatunków, co najmniej po jednym z każdej rodziny eukariotycznej. Z szacunków Lewina wynoszących 500 milionów dolarów, które będą potrzebne na sfinansowanie fazy pierwszej, zespół zebrał 100 milionów dolarów.

W późniejszych fazach poszerzą swoją sieć, starając się objąć 23 000 gatunków uznanych za zagrożone przez Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody i ostatecznie mają nadzieję uporządkować wszystkie znane życie.

Samodzielne wykonanie tego wszystkiego byłoby niewykonalne, dlatego Lewin i jego współpracownicy poprosili o pomoc. Inni badacze, instytucje, a nawet całe kraje wykazały zainteresowanie udziałem w projekcie Earth BioGenome, przejmując część pracy i pomagając w opłaceniu rachunków.

„Kraje na całym świecie chcą uczestniczyć w znaczący sposób” – powiedział Lewin – „nie tylko dostarczając próbki do projektu, ale także… rozwijanie własnych wewnętrznych możliwości i infrastruktury do sekwencjonowania, interpretacji i informatyki”. Wskazał Brazylia, która dzięki dorzeczu Amazonki reprezentuje około dziesięciu procent całej światowej różnorodności biologicznej, jako kraj, który pragnie zaangażować się.

Wyzwania

Projektowi towarzyszy kilka pytań, między innymi: Czy jest to wykonalne i czy w ogóle warto?

Odkryto około 1,5 miliona gatunków, ale eksperci uważają, że stanowi to zaledwie dziesięć procent całkowitej liczby istniejących roślin i zwierząt. Do tej pory zsekwencjonowaliśmy zaledwie około 15 000 gatunków.

Jednak technologia sekwencjonowania znacznie się rozwinęła od czasu projektu ludzkiego genomu – inicjatywy wartej 3 miliardy dolarów, której ukończenie zajęło 13 lat. Kilka lat temu firmy przechwalały się, że mogą zsekwencjonować cały ludzki genom za mniej niż 1000 dolarów. W zeszłym roku twierdzili, że mogą to zrobić za 100 dolarów. Zatem Lewin nie martwi się sekwencjonowaniem – koncentruje się przede wszystkim na zdobyciu okazów.

„Pozyskanie próbek jest najtrudniejszą częścią” – powiedział. „Sekwencjonowanie nie jest najtrudniejsze. Mamy na to technologię. To voucherowanie, zbieranie, upewnianie się, że dany gatunek jest prawidłowy [to będzie największe wyzwanie]. W przypadku wielu gatunków na świecie tylko jedna osoba może zidentyfikować ten gatunek. Na świecie jest niewielu ekspertów, którzy potrafią wykonać taką pracę.

Nie wszyscy uważają, że projekt jest wartościowym przedsięwzięciem, jeśli chodzi o ratowanie gatunków. W takim miejscu jak brazylijska Amazonka, która przegrywa tysiące mil kwadratowych lasów deszczowych rocznie i która rząd wydaje się niezdecydowany w swoim zaangażowaniu w ochronękampania mająca na celu sekwencjonowanie gatunków może nie mieć sensu.

„Zasadnicze pytanie dotyczące miejsca takiego jak Amazonia brzmi: co możemy zrobić, aby nie poszło z dymem w ciągu najbliższych trzydziestu lub czterdziestu lat”. Stuarta Pimma, ekolog zajmujący się ochroną przyrody i ekspert w dziedzinie badań nad wymieraniem, powiedział. „Jeśli to pójdzie z dymem, niezależnie od tego, czy znamy genomy, czy nie, nie przyniesie nam to niczego pożytecznego”.

Pimm przyznał, że „nie fascynują go genomy”, ale stwierdził: „Wydaje mi się, że jest to bardzo odległe od głównych wyzwań… Nie sądzę, że jest to bardzo przydatny projekt, biorąc pod uwagę skalę wyzwań związanych z różnorodnością biologiczną, jakie wiążą się z ochroną Amazonii i różnorodnością biologiczną wokół świat."

W jakim celu

Pomijając kwestię ochrony gatunków, być może nie minie dziesięć lat, zanim projekt Earth BioGenome zacznie przynosić korzyści w inny sposób. W ramach niedawnego partnerstwa projekt połączył się z Ziemski Bank Kodów, cyfrowa platforma rejestrująca i rejestrująca dane biologiczne w publicznym blockchainie. Poprzez udostępnienie i ochronę „aktywów biologicznych” kraju, w tym kodu genetycznego bioprospekcjapartnerstwo ma nadzieję pomóc innowatorom w opracowaniu leków i technologii inspirowanych biologią, które mogą określić naszą przyszłość. Niektóre ze wzniosłych pomysłów organizacji obejmują wykorzystanie mrówek do wpływania na samochody autonomiczne i trujących żab do opracowywania leków przeciwdrobnoustrojowych.

„Celem [tego partnerstwa] jest zapewnienie podziału korzyści z wszelkich wynalazków, innowacji i nowych technologii, które rozwija się w wyniku sekwencjonowania różnorodności biologicznej, jeżeli różnorodność biologiczna pochodzi z dowolnego konkretnego kraju” – Lewin powiedział. „Wszelka wiedza wyniesiona z tego projektu lub wygenerowane korzyści mogą zostać zwrócone lub część tych korzyści może zostać udostępniona tym krajom”.

Takie partnerstwo mogłoby pobudzić nowy model gospodarczy dla miejsc takich jak dorzecze Amazonki, gdzie biogospodarka mogłaby opierać się na inspiracji organizmami biologicznymi, a nie na eksploatacji zasobów naturalnych zasoby.

Ale najpierw będą musieli rozpocząć sekwencjonowanie. Do wyginięcia pozostało już tylko kilka milionów gatunków.

Zalecenia redaktorów

• Naukowcy chcą pokryć Ziemię czujnikami. Ich tajna broń? Ćmy