Elektrophorese zur DNA-Trennung. (Robert Essel NYC/Getty Images) Der Erdbiogenomprojekt , ein globales Konsortium, das sich zum Ziel gesetzt hat, in zehn Jahren die Genome aller komplexen Lebewesen auf der Erde (rund 1,8 Millionen beschriebene Arten) zu sequenzieren, nimmt Fahrt auf.
Die Projekte Ursprünge, Ziele und Fortschritt werden in zwei von mehreren Autoren verfassten Artikeln detailliert beschrieben veröffentlicht Heute . Sobald es abgeschlossen ist, wird es die Art und Weise, wie biologische Forschung betrieben wird, für immer verändern.
Konkret werden Forscher nicht länger auf einige wenige „Modellarten“ beschränkt sein und in der Lage sein, die DNA-Sequenzdatenbank jedes Organismus zu durchsuchen, der interessante Eigenschaften aufweist. Diese neuen Informationen werden uns helfen zu verstehen, wie komplexes Leben entstanden ist, wie es funktioniert und wie die Artenvielfalt geschützt werden kann.
Das Projekt war zuerst vorgeschlagen im Jahr 2016, und ich hatte die Ehre, dort zu sprechen Start in London im Jahr 2018. Das Unternehmen befindet sich derzeit im Übergang von der Startphase zur Serienproduktion.
Ziel der ersten Phase ist die Sequenzierung eines Genoms aus jeder taxonomischen Familie auf der Erde, insgesamt etwa 9.400. Bis Ende 2022 soll ein Drittel dieser Arten erledigt sein. In Phase zwei wird ein Vertreter aller 180.000 Gattungen sequenziert und in Phase drei werden alle Arten vervollständigt.
Die Bedeutung seltsamer Arten
Das große Ziel des Earth Biogenome Project ist die Sequenzierung der Genome aller 1,8 Millionen beschriebenen Arten komplexen Lebens auf der Erde. Dazu gehören alle Pflanzen, Tiere, Pilze und einzelligen Organismen mit echten Kernen (also alle „Eukaryoten“).
Während Modellorganismen wie Mäuse, Gänsekresse, Fruchtfliegen und Nematoden enorm wichtig für unser Verständnis der Genfunktionen waren, ist es ein großer Vorteil, auch andere Arten untersuchen zu können, die möglicherweise etwas anders funktionieren.
Viele wichtige biologische Prinzipien stammen aus der Untersuchung unbekannter Organismen. Beispielsweise wurden Gene von Gregor Mendel in Erbsen entdeckt, und die Regeln, die sie steuern, wurden im Rotbrotschimmel entdeckt.
DNA wurde erstmals in Lachsspermien entdeckt, und unser Wissen über einige Systeme, die sie schützen, stammt aus der Forschung an Bärtierchen. Chromosomen wurden erstmals bei Mehlwürmern und Geschlechtschromosomen bei Käfern beobachtet (die Wirkung und Entwicklung der Geschlechtschromosomen wurde auch bei Fischen und Schnabeltieren untersucht). Und Telomere, die die Enden der Chromosomen bedecken, wurden im Teichschlamm entdeckt.
Beantwortung biologischer Fragen und Schutz der Artenvielfalt
Der Vergleich nah und entfernt verwandter Arten bietet enorme Möglichkeiten, herauszufinden, was Gene tun und wie sie reguliert werden. Zum Beispiel in einem anderen PNAS Papier, zufällig auch heute veröffentlicht , meine Kollegen von der Universität Canberra und ich entdeckten, dass australische Drachenechsen das Geschlecht über die Chromosomennachbarschaft eines Geschlechtsgens und nicht über die DNA-Sequenz selbst regulieren.
Wissenschaftler nutzen Artenvergleiche auch, um Gene und Regulierungssysteme bis zu ihren evolutionären Ursprüngen zurückzuverfolgen, was eine erstaunliche Erhaltung der Genfunktion über fast eine Milliarde Jahre hinweg offenbaren kann. Zum Beispiel die gleiche Gene sind an der Netzhautentwicklung beim Menschen und an den Photorezeptoren von Fruchtfliegen beteiligt. Und das BRCA1-Gen, das in der Brust mutiert ist Krebs ist für die Reparatur von DNA-Brüchen bei Pflanzen und Tieren verantwortlich.
Auch das Genom von Tieren ist weitaus stärker konserviert als bisher angenommen. Beispielsweise haben mehrere Kollegen und ich kürzlich gezeigt, dass tierische Chromosomen 684 Millionen Jahre alt sind.
Es wird auch spannend sein, die „ Dunkle Materie des Genoms und zeigen, wie DNA-Sequenzen, die keine Proteine kodieren, dennoch eine Rolle bei der Funktion und Evolution des Genoms spielen können.
Ein weiteres wichtiges Ziel des Earth Biogenome Project ist die Erhaltungsgenomik. Dieser Bereich nutzt DNA-Sequenzierung, um bedrohte Arten zu identifizieren, zu denen etwa 28 Prozent der komplexen Organismen der Welt gehören. Dies hilft uns, ihre genetische Gesundheit zu überwachen und Ratschläge zum Management zu geben.
Keine unmögliche Aufgabe mehr
Bis vor Kurzem dauerte die Sequenzierung großer Genome Jahre und kostete viele Millionen Dollar. Aber es gab enorme technische Fortschritte, die es nun ermöglichen, große Genome für ein paar tausend Dollar zu sequenzieren und zusammenzusetzen. Das gesamte Earth Biogenome Project wird in heutigen Dollars weniger kosten als das Humangenomprojekt, das insgesamt rund 3 Milliarden US-Dollar wert war.
Früher mussten Forscher die Reihenfolge der vier Basen chemisch anhand von Millionen winziger DNA-Fragmente bestimmen und dann die gesamte Sequenz wieder zusammenfügen. Heute können sie verschiedene Basen anhand ihrer physikalischen Eigenschaften registrieren oder indem sie jede der vier Basen an einen anderen Farbstoff binden. Neu Sequenzierungsmethoden kann lange DNA-Moleküle scannen, die in winzigen Röhrchen gebunden oder durch winzige Löcher in einer Membran gedrückt sind.
Warum alles sequenzieren?
Aber warum nicht Zeit und Geld sparen, indem man nur die wichtigsten repräsentativen Arten sequenziert?
Nun ja, der ganze Sinn des Earth Biogenome Project besteht darin, die Unterschiede zwischen den Arten auszunutzen, um Vergleiche anzustellen und auch Erfassen Sie bemerkenswerte Innovationen bei Ausreißern.
Hinzu kommt die Angst, etwas zu verpassen. Wenn wir beispielsweise nur 69.999 der 70.000 Nematodenarten sequenzieren, könnten wir diejenige übersehen, die die Geheimnisse darüber enthüllen könnte, wie Nematoden Krankheiten bei Tieren und Pflanzen verursachen können.
Derzeit arbeiten 44 angeschlossene Institutionen in 22 Ländern am Earth Biogenome Project. Darüber hinaus gibt es 49 angeschlossene Projekte, darunter Großprojekte wie das California Conservation Genomics Project , Die Vogel-10.000-Genom-Projekt und Großbritannien Darwin-Baum des Lebens Projekt sowie viele Projekte zu bestimmten Gruppen wie Fledermäusen und Schmetterlingen. 
Jenny Graves , angesehener Professor für Genetik und Fellow des Vizekanzlers, La Trobe-Universität .
Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das originaler Artikel .