Earth BioGenome-projektet vill sekvensera allt liv på jorden

Människor har en dålig vana: Sedan biblisk tid har vi inlett apokalypser bara för att kläcka planer i sista minuten för att rädda planeten från förstörelse.

Tja, vi kan ha varit förskonade från Guds vrede men ännu inte konsekvenserna av klimatförändringarna. Så med havsnivåer och globala temperaturer på stigande, har en handfull moderna Noahs tagit på sig uppgiften att bevara liv för framtida generationer. Istället för en ark har de vänt sig till teknik som sitt kärl för bevarande.

På en avlägsen ö i det arktiska Norge, den Svalbards globala frövalv erbjuder ett befäst förvaringshus för de 1 700 eller så andra fröbankar som finns över hela världen. Organisationens mål är att bevara genetisk mångfald och rädda jordbruket från katastrofala misslyckanden som ett resultat av en oförlåtande miljö.

Det tvärvetenskapliga teamet bakom

Digitalt liv, å andra sidan, använder högupplösta kameror för att ta 3D-bilder av djur, med fokus på hotade arter. Genom att publicera dessa 3D-modeller gratis online hjälper projektet att dela vetenskaplig data över hela världen, samtidigt som exemplar bevaras – om än digitalt – för framtida generationer.

Nu har ett team av genomiker satt upp sitt eget ambitiösa mål - att sekvensera genomet för alla växter och djur på jorden. Ringde Earth BioGenome Project, hoppas de kunna låsa upp evolutionens hemligheter, hjälpa till med bevarandeinsatser och hjälpa till att bevara arternas plan för evigt.

Ursprung

Projektet kom till liv på ett lämpligt sätt - på baksidan av en servett medan några forskare funderade över livets mysterier. I sin diskussion, Harris Lewin, Gene Robinson, och John Kress hamnat i ett återvändsgränd. Deras vetenskapliga strävanden skilde sig åt - Lewin studerar genomets utveckling, Robinson ursprunget till socialt beteende i insekter och Kress samutvecklingen av växter och fåglar - men de var alla överens om att de skulle behöva mycket mer data för att knäcka deras särskilda koder.

"Det fanns bokstavligen hundratals frågor vi behövde ställa för att veta livets hemligheter på planeten," sa Lewin, professor vid University of California, Davis, till Digital Trends.

Som genomiker var mycket information de behövde packad i DNA, så Lewin klottrade några beräkningar på baksidan av servetten för att se vad som krävs för att göra ett fullständigt svep, sekvensera genomerna för alla växt- och djurliv. Det verkade genomförbart, sa han, så de började överväga konsekvenserna av att ha en så omfattande genomisk karta över livet på jorden.

"Vi insåg att det vi skulle ha skulle vara infrastrukturen för en ny biologi," sa han, "en vetenskaplig struktur för att verkligen förstå hur livet utvecklades på planeten, och naturligtvis vad du kan härleda från detta kunskap."

Senare utvecklade forskarna en tidslinje och utförde några mer formella beräkningar och skapade en 10-årsplan till en uppskattad kostnad av 4,7 miljarder dollar.

Skäl

Earth BioGenome-projektet drivs av två huvudsakliga sysselsättningar. För det första skulle en sådan resurs ge genomiker oöverträffad tillgång till livets bruksanvisningar. Om du tänker på gener som ingredienser och organismer som en måltid, är genom som recept i en evolutionär kokbok. Att läsa igenom ett genom kanske inte berättar exakt varför en organism är som den är, men det ger dig en ganska tydlig ram för att studera hur den kom till.

"Hur organiserades livet?" säger Lewin och börjar lista evolutionens mysterier. "Vilka är relationerna mellan organismer på planeten? Detta framgår inte av hur traditionell taxonomi görs... Men genom att jämföra DNA-sekvenserna med var och en andra kan du förstå relationerna och med tiden ta reda på saker som var förfäder konvergerade.”

Det andra syftet med projektet är att kartlägga DNA för bevarandet och bevarandets skull.

"När du känner till denna genetiska information kan du designa program som gör det möjligt för naturvårdsbiologer att utveckla planer för bevarande och bevarande baserat på den informationen," sa Lewin. Det kan låta enkelt men det kommer att innebära skräddarsydda planer för varje art i fråga.

Under den första fasen av projektet kommer forskarna att försöka sekvensera cirka 9 300 arter, sa Lewin, minst en från varje eukaryot familj. Av de 500 miljoner dollar som Lewin uppskattar att de kommer att behöva för att finansiera fas ett, har teamet samlat in 100 miljoner dollar.

De kommer att bredda sitt nät i senare faser, med målet att inkludera de 23 000 arter som listas som hotade av International Union for Conservation of Nature och så småningom hoppas de kunna sekvensera alla kända liv.

Att göra detta helt på egen hand skulle vara omöjligt så Lewin och hans kollegor har anlitat lite hjälp. Andra forskare, institutioner och till och med hela länder har visat intresse för att bidra till Earth BioGenome Project, ta på sig en del av arbetsbördan och hjälpa till att stå för räkningen.

"Länder runt om i världen vill delta på ett meningsfullt sätt", sa Lewin, "inte bara genom att tillhandahålla prover till projektet utan också... utveckla sin egen interna kapacitet och infrastruktur för att göra sekvensering, tolkning och informatik." Han pekade på Brasilien, som, tack vare Amazonasbassängen, representerar ungefär tio procent av hela den globala biologiska mångfalden, som ett land som vill bli involverad.

Utmaningar

Projektet följer av ett par frågor som inte minst är: Är det genomförbart och är det ens värt det?

Cirka 1,5 miljoner arter har upptäckt, men experter tror att det representerar bara tio procent av det totala antalet växter och djur som finns. Hittills har vi sekvenserat bara omkring 15 000 arter.

Men sekvenseringstekniken har avancerat avsevärt sedan Human Genome Project, ett initiativ på 3 miljarder dollar som tog 13 år att slutföra. För några år sedan skröt företag om att de kunde sekvensera ett helt mänskligt genom för mindre än 1 000 dollar. Förra året hävdade de att de kunde göra det för 100 dollar. Så Lewin är inte orolig för sekvensering - han är fokuserad på att få tag på exemplar i första hand.

"Förvärvet av prover är den svåraste delen," sa han. "Sekvensering är inte det svåraste. Vi har tekniken för att göra det. Det är kuponger, insamling, se till att giltigheten för en viss art är korrekt [det kommer att vara den största utmaningen]. För många arter i världen finns det bara en enda person som kan identifiera den arten. Det finns så få experter i världen som kan göra den typen av arbete.”

Alla tycker inte att projektet är en värdig strävan när det gäller att rädda arter. På en plats som den brasilianska Amazonas, som förlorar tusentals kvadratkilometer regnskog årligen och som regeringen verkar obeslutsam i sitt åtagande att skydda, kan en kampanj för att sekvensera arter sakna poängen.

"Den grundläggande frågan om en plats som Amazonas är vad vi kan göra för att förhindra att den går upp i rök under de kommande trettio eller fyrtio åren." Stuart Pimm, en naturvårdsekolog och expert på utrotningsstudier, sade. "Om det går upp i rök, oavsett om vi känner till arvsmassan eller inte, kommer det inte att göra något användbart för oss."

Pimm medgav att han "inte blir upphetsad över genomer" men sa, "det här tycker jag är långt borta från de stora utmaningarna... jag tror inte att detta är en mycket användbart projekt med tanke på omfattningen av utmaningarna med biologisk mångfald som är involverade i att skydda Amazonas och skydda den biologiska mångfalden runt värld."

Till vilket slut

Om man lägger bevarandet av arter åt sidan, kan det inte ta ett decennium innan Earth BioGenome Project börjar ge resultat på andra sätt. I ett nyligen partnerskap gick projektet med Earth Bank of Codes, en digital plattform som registrerar och registrerar biologisk data på en offentlig blockkedja. Genom att göra ett lands "biologiska tillgångar", inklusive genetisk kod, öppna och skyddade från bioprospektering, hoppas partnerskapet hjälpa innovatörer att utveckla bioinspirerade läkemedel och teknologier som kan definiera vår framtid. Några av organisationens höga idéer inkluderar att använda myror för att påverka självkörande bilar och giftiga grodor för att utveckla antimikrobiell medicin.

"Syftet [med detta partnerskap] är att säkerställa en fördelningsdelning från alla uppfinningar, innovationer och ny teknik som utvecklas som ett resultat av sekvenseringen av biologisk mångfald där den biologiska mångfalden kommer från ett visst land, säger Lewin sa. "All kunskap som härrör från det här projektet eller de genererade fördelarna kan returneras, eller en del av dessa fördelar kan delas med dessa länder."

Ett sådant partnerskap skulle kunna stimulera en ny ekonomisk modell för platser som Amazonasbassängen, där bioekonomi skulle kunna baseras på inspiration från biologiska organismer snarare än exploatering av naturliga Resurser.

Men först måste de börja sekvensera. Bara några miljoner arter kvar.

Redaktörens rekommendationer

• Forskare vill täcka jorden i sensorer. Deras hemliga vapen? Malar