От слънчогледа до Хомо сапиенс: първата в историята ДНК карта на живота на Земята

Учени са създали генетичен атлас на еволюцията, в който са събрани милиони видове.

През 2018 г. международна група учени стартира амбициозния проект Earth BioGenome, чиято цел е да създаде генетични паспорти на повече от един милион растения, животни и гъби. Инициативата предизвика много скептицизъм заради своя мащаб, но постепенно доказва своята жизнеспособност.

За шест години работа изследователите са успели да разшифроват геномите на 3000 вида живи организми. Има планове до 2026 г. базата данни да бъде допълнена с още 10 000 вида. Въпреки че темпото изостава от първоначалните планове (1,7 милиона генома на десетилетие), учените очакват да постигнат целта до 2032 г.

Намаляването на цената на технологиите за секвениране на ДНК направи проекта много по-достъпен. Докато първоначалният бюджет се оценяваше на 4,7 млрд. долара, сега за първия етап от работата ще са необходими само 265 млн. долара – наполовина по-малко от предварителните оценки.

Международен консорциум разработи инфраструктура за обмена на данните от секвенирането и приложи техники за машинно обучение, за да анализира хиляди набори от данни. Изкуственият интелект помага за характеризирането на нови видове и за откриването на ДНК на застрашените организми.

Експертите смятат, че на Земята има между 10 и 15 милиона еукариотни вида – организми, чиято ДНК се намира в ядрото на клетката. Те включват хора, растения, гъби и животни. В същото време на науката са известни малко над 2 милиона същества.

Дешифрирането на еукариотната ДНК може да бъде истински пробив за синтетичната биология. Учените вече са научили как да променят генетичния код на бактериите и дрождите, за да ги накарат да произвеждат биогорива, разградими материали и лекарства като инсулин.

Новите открития могат да доведат до създаването на иновативни материали и лекарства. Например противораковото лекарство цитарабин първоначално е било изолирано от морско гъбоподобно същество. Стотици лекарства на растителна основа вече се използват за лечение на вирусните инфекции и болковите синдроми.

Проектът ще помогне и за опазването на биоразнообразието на планетата. Цифровата ДНК библиотека на всички известни еукариоти ще помогне да се идентифицират най-уязвимите животни, включително тези, които все още не са напълно изучени, и да се предприемат навременни действия за тяхната защита.

Работата е разделена на три етапа. На първия етап се изготвя списък на видовете за секвениране и се създават цифрова инфраструктура и инструменти за анализ. Основната задача е да се изградят референтни ДНК последователности за сродните видове.

Референтните геноми служат като основа за сравняване на генетичните вариации. С тяхна помощ изследователите идентифицират гените за наследствените заболявания при хората или определят съдържанието на захар в различни сортове култури.

Вторият етап е посветен на анализа на данните и разработването на стратегии за опазване на биологичното разнообразие. На последния етап резултатите се интегрират за евентуално преразглеждане на еволюционното дърво. Учените ще включат и данни за климата, за да оценят въздействието на климатичните промени върху биоразнообразието.

В продължение на шест години в проекта се включиха 28 държави от шест континента. Повечето ДНК проби се секвенират на място, което намалява транспортните разходи и подобрява точността на резултатите.

За да помогне на учените, работещи в труднодостъпни райони, Институтът Wellcome Sanger разработи преносима лаборатория. Тя вече е използвана за разшифроване на генома на африканския слънчоглед с потенциални терапевтични свойства.

Проектът „BioGenome Earth“ (Биогеном на Земята) върви по стъпките на други глобални инициативи за секвениране на микробите на Земята, като например National Microbiome Initiative и Earth Microbiome Project. Тези програми, които първоначално се смятаха за неосъществими, получиха финансиране от правителствени агенции и частни инвеститори.

Въпреки ентусиазма на участниците, на проекта все още му липсват милиарди долари до пълното му завършване. Въпреки това създаването на отворено цифрово хранилище на геномна информация би могло да донесе безценни ползи за човечеството в различни области – от медицината до селското стопанство.