От подсолнечника до Homo sapiens: первая в истории ДНК-карта жизни на Земле

Ученые собрали миллионы видов в генетическом атласе эволюции.

В 2018 году международная группа ученых запустила амбициозный проект Earth BioGenome Project , целью которого стало создание генетических паспортов более миллиона растений, животных и грибов. Инициатива вызвала немало скептицизма из-за своих масштабов, однако постепенно доказывает свою жизнеспособность.

За шесть лет работы исследователям удалось расшифровать геномы 3000 видов живых организмов. К 2026 году планируется добавить в базу данных еще 10 000 видов. Хотя темпы отстают от первоначальных планов (1,7 млн геномов за десятилетие), ученые рассчитывают достичь намеченной цели к 2032 году.

Снижение стоимости технологий секвенирования ДНК сделало проект гораздо доступнее. Если изначально бюджет оценивался в 4,7 миллиарда долларов, то теперь первая фаза работ потребует всего 265 миллионов - в два раза меньше предварительных расчетов.

Международный консорциум разработал инфраструктуру для обмена данными секвенирования и внедрил методы машинного обучения для анализа тысяч наборов данных. Искусственный интеллект помогает характеризовать новые виды и отслеживать ДНК исчезающих организмов.

По оценкам специалистов, на Земле существует от 10 до 15 миллионов эукариотических видов - организмов, чья ДНК находится в ядре клетки. К ним относятся люди, растения, грибы и животные. При этом науке известно о чуть более 2 миллионов существ.

Расшифровка ДНК эукариот может стать настоящим прорывом для синтетической биологии. Ученые уже научились модифицировать генетический код бактерий и дрожжей, заставляя их производить биотопливо, разлагаемые материалы и лекарства вроде инсулина.

Новые данные могут привести к созданию инновационных материалов и медицинских препаратов. Например, противораковый препарат цитарабин был первоначально выделен из морского губкообразного существа. Сотни лекарств растительного происхождения уже используются для лечения вирусных инфекций и болевых синдромов.

Проект также поможет сохранить биоразнообразие планеты. Цифровая библиотека ДНК всех известных эукариот позволит выявить наиболее уязвимых животных, включая тех, которые еще не полностью изучены, и своевременно принять меры по их защите.

Работа разделена на три этапа. На первом составляется список видов для секвенирования, создается цифровая инфраструктура и инструменты анализа. Главная задача - построить эталонные последовательности ДНК для родственных видов.

Эталонные геномы служат базой для сравнения генетических вариаций. С их помощью исследователи выявляют гены наследственных заболеваний у людей или определяют содержание сахара в разных сортах сельскохозяйственных культур.

Второй этап посвящен анализу полученных данных и разработке стратегий сохранения биоразнообразия. На заключительном этапе результаты интегрируются для возможного пересмотра эволюционного древа. Ученые также будут учитывать климатические данные, чтобы оценить влияние изменения климата на биоразнообразие.

За шесть лет к проекту присоединились 28 стран на шести континентах. Большинство образцов ДНК секвенируется на месте, что снижает затраты на транспортировку и повышает точность результатов.

Для помощи ученым, работающим в труднодоступных районах, институт Wellcome Sanger разработал портативную лабораторию. С ее помощью уже удалось расшифровать геном африканского подсолнечника с потенциальными лечебными свойствами.

Earth BioGenome Project идет по стопам других глобальных инициатив по секвенированию микробов Земли, таких как National Microbiome Initiative и Earth Microbiome Project. Эти программы, изначально считавшиеся нереализуемыми, получили финансирование от государственных агентств и частных инвесторов.

Несмотря на энтузиазм участников, проекту все еще не хватает миллиардов долларов для полного завершения. Однако создание открытого цифрового хранилища геномной информации может принести неоценимую пользу человечеству в самых разных областях - от медицины до сельского хозяйства.