“Apenas estamos comenzando a comprender toda la majestuosidad de la vida en la Tierra”, escribieron los miembros fundadores de la Proyecto BioGenoma de la Tierra en 2018. El ambicioso proyecto llamó la atención cuando se anunció por primera vez. Busca perfilar genéticamente más de un millón de plantas, animales y hongos. Documentar estos genomas es el primer paso para construir un atlas de vida compleja en la Tierra.
Muchas especies vivas siguen siendo un misterio para la ciencia. Una base de datos resultante del proyecto sería un recurso valioso para el seguimiento de la biodiversidad. También podría arrojar luz sobre la “materia oscura” genética de la vida compleja para inspirar nuevos biomateriales, medicamentos o generar concepts para la biología sintética. Otras concepts podrían adaptar las prácticas agrícolas para aumentar la producción de alimentos y alimentar a una población mundial en crecimiento.
En otras palabras, indagar en los datos genéticos de los seres vivos revelará “secretos biológicos inimaginables”, escribió el equipo.
¿El problema? Un precio elevado. Con un coste estimado de 4.700 millones de dólares, incluso los fundadores del proyecto lo llamaron un tiro a la luna. Sin embargo, contra todo pronóstico, el proyecto ha avanzado: ya se han secuenciado 3.000 genomas y se esperan 10.000 especies más para 2026.
Si bien está retrasado en su objetivo authentic de secuenciar aproximadamente 1,7 millones de genomas en una década, el proyecto aún espera alcanzar este objetivo para 2032, más tarde que el objetivo authentic, pero con un precio mucho más bajo gracias a tecnologías de secuenciación de ADN más eficientes.
Mientras tanto, el equipo internacional también ha construido infraestructura para compartir datos de secuenciación de genes, y los métodos de aprendizaje automático están ayudando aún más al consorcio a analizar miles de conjuntos de datos, lo que ayuda a caracterizar nuevas especies y monitorear los datos de ADN de las que están en peligro de extinción.
Ampliando el alcance
El materials genético está en todas partes. Es un recurso abundante para dar sentido a la vida en la Tierra. A medida que la secuenciación genética se vuelve más rápida, más barata y más confiable, estudios recientes han comenzado a profundizar en la información representada por el ADN de especies de todo el mundo.
Un método, denominado metagenómica, captura y analiza el ADN microbiano recolectado en una variedad de entornos, desde las alcantarillas de la ciudad hasta las aguas termales hirvientes. El método captura y analiza todo el ADN de una fuente specific para pintar una imagen genética amplia de las bacterias de un entorno determinado. En lugar de bacterias, las Proyecto BioGenoma de la Tierrao EBP, tiene como objetivo secuenciar los genomas de criaturas eucariotas individuales, básicamente, aquellas que mantienen la mayor parte de su ADN en una estructura related a una nuez, o núcleo, dentro de cada célula.
Los humanos, las plantas, los hongos y otros animales entran en este grupo. Según una estimación, hay aproximadamente entre 10 y 15 millones de especies eucariotas en nuestro planeta. Pero se han documentado poco más de dos millones.
La secuenciación del ADN de células eucariotas podría ampliar enormemente nuestro conocimiento sobre la diversidad genética de la Tierra. Una base de datos de este tipo también podría ser un tesoro para la biología sintética. Los científicos ya han modificado los patrones genéticos de la vida en bacterias y células de levadura. Descifrar (y luego reprogramar) sus genes ha llevado a avances como convencer a las células bacterianas para que bombeen biocombustibles, materiales degradables y medicamentos como la insulina.
Trazar los genomas de los eucariotas podría inspirar aún más nuevos materiales o medicamentos. Por ejemplo, citarabinaun fármaco de quimioterapia, se aisló inicialmente de una criatura marina parecida a una esponja y fue aprobado por la FDA para tratar los cánceres de sangre que se propagan al cerebro. Ya se están utilizando otros medicamentos de origen vegetal para combatir infecciones virales o controlar el dolor. De casi 400.000 especies de plantas diferentes, ya se han aprobado y están en el mercado cientos de medicamentos. De manera related, descifrar la genética vegetal ha galvanizado concepts para nuevos materiales biodegradables y biocombustibles.
Las secuencias genéticas de organismos complejos pueden “proporcionar las materias primas para la ingeniería genómica y la biología sintética para producir bioproductos valiosos a escala industrial”, escribió el equipo.
Dejando a un lado los usos médicos e industriales, el esfuerzo también documenta la biodiversidad. La creación de una biblioteca digital de ADN de toda la vida eucariota conocida puede identificar qué especies están en mayor riesgo (incluidas las especies que aún no están completamente caracterizadas), proporcionando datos para una intervención más temprana.
“Por primera vez en la historia, es posible secuenciar eficientemente los genomas de todas las especies conocidas y utilizar la genómica para ayudar a descubrir el 80 al 90 por ciento restante de las especies que actualmente están ocultas a la ciencia”, escribió el equipo.
Soldado
el proyecto tiene tres fases.
La primera fase sienta las bases. Establece las especies que se secuenciarán, construye una infraestructura digital para compartir datos y desarrolla un conjunto de herramientas de análisis. El objetivo más importante es construir una secuencia de ADN de referencia para especies similares en composición genética, es decir, aquellas que pertenecen a una “familia”.
Los genomas de referencia son increíblemente importantes para los estudios genéticos. Fieles a su nombre, los científicos se basan en ellos como base cuando comparan variantes genéticas, por ejemplo, para rastrear genes relacionados con enfermedades hereditarias en humanos o el contenido de azúcar en diferentes variantes de cultivos.
La segunda fase del proyecto comenzará a analizar los datos de secuenciación y formulará estrategias para mantener la biodiversidad. La última fase integra todo el trabajo previo para revisar potencialmente cómo encajan las diferentes especies en nuestro árbol evolutivo. Los científicos también integrarán datos climáticos en esta fase y descubrirán los impactos del cambio climático en la biodiversidad.
El proyecto internacional comenzó en 2018 e incluyó a EE. UU., Reino Unido, Dinamarca y China, y la mayoría de las muestras de ADN fueron secuenciadas en instalaciones de China y Reino Unido. Actualmente, se han adherido 28 países de seis continentes. La mayor parte del materials de ADN aislado de especies individuales se secuencia directamente en el sitio, lo que cut back el costo de transporte y aumenta la fidelidad.
No todos los participantes tienen fácil acceso a las instalaciones de secuenciación de ADN. Una institución, Wellcome Sanger, desarrolló un laboratorio portátil de secuenciación de ADN que podría ayudar a los científicos que trabajan en zonas rurales a capturar los modelos genéticos de plantas y animales exóticos. El dispositivo secuenció el ADN de un tipo de girasol con potenciales propiedades medicinales en África, entre otros ejemplares de lugares exóticos.
EBP sigue los pasos de otros proyectos globales que apuntan a secuenciar los microbios de la Tierra, como el Iniciativa Nacional de Microbioma o el Proyecto Microbioma Terrestre. Estos proyectos, que alguna vez también se consideraron proyectos lunares, han obtenido financiación de agencias gubernamentales e inversiones privadas.
A pesar del entusiasmo de sus participantes, al EBP aún le faltan miles de millones de dólares para llevarlo a su whole finalización. Pero el precio del proyecto, estimado originalmente en miles de millones de dólares, puede ser mucho menor.
Gracias a métodos de secuenciación genética más eficientes y baratos, se espera que el costo precise de la fase uno sea la mitad de la estimación authentic: alrededor de 265 millones de dólares.
Sigue siendo una suma appreciable, pero para los participantes, la base de datos y los métodos resultantes valen la pena. “Ahora tenemos un foro común para aprender juntos cómo producir genomas con la mayor calidad posible”, afirmó Alexandre Aleixo, del Instituto Tecnológico de Vale, que participó en el proyecto. dijo Ciencia.
Dada la influencia que la genética bacteriana ya ha tenido en la biomedicina y los biocombustibles, es possible que descifrar el ADN de los eucariotas pueda estimular una mayor inspiración. Al last, el proyecto se basa en una colaboración international para beneficiar a la humanidad.
“Los beneficios potenciales de gran alcance de la creación de un depósito digital abierto de información genómica para la vida en la Tierra sólo pueden lograrse mediante un esfuerzo internacional coordinado”, escribió el equipo.
Crédito de la imagen: M. Richter en Pixabay
