يجري الآن تنفيذ مشروع ضخم لتسلسل جينوم كل الأنواع المعقدة على الأرض

الرحلان الكهربائي لفصل الحمض النووي. (روبرت إيسيل إن واي سي / جيتي إيماجيس)

ال مشروع Earth Biogenome ، وهو اتحاد عالمي يهدف إلى ترتيب تسلسل الجينوم لجميع أشكال الحياة المعقدة على الأرض (حوالي 1.8 مليون نوع موصوف) في غضون عشر سنوات ، آخذ في الازدياد.

المشاريع الأصول والأهداف والتقدم تم تفصيلها في ورقتين متعددتي المؤلف نشرت اليوم . بمجرد اكتماله ، سيغير إلى الأبد الطريقة التي يتم بها إجراء البحوث البيولوجية.

على وجه التحديد ، لن يقتصر الباحثون بعد الآن على عدد قليل من 'الأنواع النموذجية' وسيكونون قادرين على استخراج قاعدة بيانات تسلسل الحمض النووي لأي كائن حي يُظهر خصائص مثيرة للاهتمام. ستساعدنا هذه المعلومات الجديدة على فهم كيفية تطور الحياة المعقدة ، وكيف تعمل ، وكيف يمكن حماية التنوع البيولوجي.

كان المشروع الأول مقترح في عام 2016 ، وقد تشرفت بالتحدث في إطلاق في لندن عام 2018. وهي حاليًا في طور الانتقال من مرحلة بدء التشغيل إلى الإنتاج على نطاق واسع.

الهدف من المرحلة الأولى هو تسلسل جينوم واحد من كل عائلة تصنيفية على الأرض ، حوالي 9400 منهم. بحلول نهاية عام 2022 ، يجب أن يتم ثلث هذه الأنواع. ستشهد المرحلة الثانية تسلسل ممثل من جميع الأنواع البالغ عددها 180.000 ، وستشير المرحلة الثالثة إلى اكتمال جميع الأنواع.

أهمية الأنواع الغريبة

الهدف الكبير من مشروع Earth Biogenome هو تسلسل الجينوم لجميع الأنواع الموصوفة البالغ عددها 1.8 مليون نوع من الحياة المعقدة على الأرض. وهذا يشمل جميع النباتات والحيوانات والفطريات والكائنات وحيدة الخلية ذات النواة الحقيقية (أي جميع 'حقيقيات النوى').

في حين أن الكائنات الحية النموذجية مثل الفئران والرشيد الصخري وذباب الفاكهة والديدان الخيطية كانت مهمة للغاية في فهمنا لوظائف الجينات ، فإن القدرة على دراسة الأنواع الأخرى التي قد تعمل بشكل مختلف قليلاً ميزة كبيرة.

جاءت العديد من المبادئ البيولوجية المهمة من دراسة الكائنات الحية الغامضة. على سبيل المثال ، اكتشف جريجور مندل الجينات الشهيرة في البازلاء ، وتم اكتشاف القواعد التي تحكمها في قالب الخبز الأحمر.

تم اكتشاف الحمض النووي أولاً في الحيوانات المنوية لسمك السلمون ، ومعرفتنا ببعض الأنظمة التي تحافظ على سلامته جاءت من الأبحاث التي أجريت على بطيئات المشية. شوهدت الكروموسومات لأول مرة في ديدان الوجبة والكروموسومات الجنسية في الخنفساء (تم أيضًا استكشاف عمل الكروموسومات الجنسية وتطورها في الأسماك وخلد الماء). وتم اكتشاف التيلوميرات ، التي تغطي نهايات الكروموسومات ، في حثالة البركة.

الإجابة على الأسئلة البيولوجية وحماية التنوع البيولوجي

توفر المقارنة بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة والبعيدة قوة هائلة لاكتشاف ماهية الجينات وكيف يتم تنظيمها. على سبيل المثال ، في مكان آخر PNAS ورقة ، من قبيل الصدفة أيضا نشرت اليوم ، وزملائي في جامعة كانبيرا ، اكتشفت أن سحالي التنين الأسترالية تنظم الجنس عن طريق الحي الكروموسوم للجين الجنسي ، بدلاً من تسلسل الحمض النووي نفسه.

يستخدم العلماء أيضًا مقارنات الأنواع لتتبع الجينات والأنظمة التنظيمية والعودة إلى أصولها التطورية ، والتي يمكن أن تكشف عن الحفاظ المذهل على وظيفة الجينات عبر ما يقرب من مليار سنة. على سبيل المثال ، ملف نفس الجينات تشارك في نمو شبكية العين في البشر وفي المستقبلات الضوئية لذبابة الفاكهة. والجين BRCA1 الذي تحور في الثدي سرطان مسؤول عن إصلاح فواصل الحمض النووي في النباتات والحيوانات.

كما أن جينوم الحيوانات محفوظ أكثر بكثير مما كان يُفترض. على سبيل المثال ، أثبتت أنا والعديد من الزملاء مؤخرًا أن الكروموسومات الحيوانية يبلغ عمرها 684 مليون سنة.

سيكون من المثير أيضًا استكشاف ' المادة المظلمة الجينوم ، ويكشف كيف أن تسلسل الحمض النووي الذي لا يشفر البروتينات لا يزال بإمكانه لعب دور في وظيفة الجينوم وتطوره.

الهدف الآخر المهم لمشروع الجينوم الحيوي للأرض هو علم الجينوم الحفظ. يستخدم هذا المجال تسلسل الحمض النووي لتحديد الأنواع المهددة ، والتي تشمل حوالي 28 في المائة من الكائنات الحية المعقدة في العالم - مما يساعدنا على مراقبة صحتها الوراثية وتقديم المشورة بشأن الإدارة.

لم تعد مهمة مستحيلة

حتى وقت قريب ، استغرق تسلسل الجينومات الكبيرة سنوات وملايين الدولارات. ولكن كانت هناك تطورات تقنية هائلة جعلت من الممكن الآن ترتيب وتجميع الجينومات الكبيرة مقابل بضعة آلاف من الدولارات. سيكلف مشروع Earth Biogenome بأكمله بدولارات اليوم أقل من مشروع الجينوم البشري ، الذي بلغت قيمته الإجمالية حوالي 3 مليارات دولار أمريكي.

في الماضي ، كان على الباحثين تحديد ترتيب القواعد الأربعة كيميائيًا على ملايين أجزاء الحمض النووي الصغيرة ، ثم لصق التسلسل بأكمله معًا مرة أخرى. اليوم يمكنهم تسجيل قواعد مختلفة بناءً على خصائصهم الفيزيائية ، أو عن طريق ربط كل قاعدة من القواعد الأربع بصبغة مختلفة. جديد طرق التسلسل يمكنه فحص جزيئات طويلة من الحمض النووي المقيدة في أنابيب صغيرة ، أو ضغطها من خلال ثقوب صغيرة في الغشاء.

لماذا تسلسل كل شيء؟

ولكن لماذا لا نوفر الوقت والمال من خلال تحديد التسلسل للأنواع التمثيلية الرئيسية فقط؟

حسنًا ، بيت القصيد من مشروع Earth Biogenome هو استغلال الاختلاف بين الأنواع لإجراء مقارنات ، وكذلك لاستغلال التقاط الابتكارات الرائعة في القيم المتطرفة.

هناك أيضًا خوف من الضياع. على سبيل المثال ، إذا قمنا بتسلسل 69،999 نوعًا فقط من 70000 نوع من الديدان الخيطية ، فقد نفقد النوع الذي يمكن أن يكشف عن أسرار كيف يمكن أن تسبب الديدان الخيطية الأمراض في الحيوانات والنباتات.

يوجد حاليًا 44 مؤسسة تابعة في 22 دولة تعمل في مشروع Earth Biogenome. هناك أيضًا 49 مشروعًا تابعًا ، بما في ذلك المشاريع الضخمة مثل مشروع علم جينوم الحفظ في كاليفورنيا ، ال مشروع جينوم الطيور 10،000 والمملكة المتحدة داروين شجرة الحياة مشروع ، فضلا عن العديد من المشاريع على مجموعات معينة مثل الخفافيش والفراشات.

جيني جريفز أستاذ علم الوراثة المتميز وزميل نائب رئيس الجامعة ، جامعة لاتروب .

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقالة الأصلية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.