Plan voor het Bouwen van een Genetische Noah ‘ s Ark is Voorzien van een Duizelingwekkende 66,000 Soorten

18

Afbeelding: Kenia/Flickr

Een internationaal consortium waarin meer dan 50 instellingen heeft aangekondigd dat het een ambitieus project te monteren hoge kwaliteit genoomsequenties van alle 66,000 gewervelde diersoorten op Aarde, met inbegrip van alle zoogdieren, vogels, reptielen, amfibieën en vissen. Met een geschatte totale kost van $600 miljoen dollar, het is een project van bijbelse proporties.

Het heet de Gewervelde Genoom Project (VGP), en het wordt georganiseerd door een consortium genaamd Genoom 10K, of G10K. Zoals zijn naam impliceert, is deze groep was aanvankelijk van plan om de sequentie van het genoom van ten minste 10.000 gewervelde diersoorten, maar nu, vanwege de enorme vooruitgang en kostenreductie in gen sequencing technologieën, G10K heeft besloten om de ante, gericht op volgorde van zowel een mannelijke als vrouwelijke persoon uit elk van de ongeveer 66,000 gewervelde diersoorten op Aarde.

Oprichters van het project kondigde de nieuwe doelstelling is gisteren op een persconferentie gehouden tijdens de openingssessie van de 2018 Genoom 10K conferentie, die momenteel wordt gehouden aan de Rockefeller University in New York City. Het project zal bestaan uit meer dan 150 experts uit 50 instellingen in 12 landen.

De aankondiging komt in tandem met de release van 14 nieuwe hoge-kwaliteit genomen voor soorten die representatief zijn voor alle vijf de gewervelde klassen, met inbegrip van het genoom van de grotere hoefijzer vleermuis, de Canadese lynx, platypus, Anna de kolibrie, de kakapo papegaai (en dat zijn er slechts 150 overlevende individuen), Goode ‘ s desert schildpad, twee omzoomde caecilian (een vreemde limbless amfibie dat eruit ziet als een slang), en het beklimmen van baars. Deze 14 genomen, en die gecompileerd in de loop van het project, zal beschikbaar worden gesteld aan wetenschappers voor de doeleinden van het onderzoek.

Inderdaad, er is meer aan de VGP dan alleen sequencing dier genomen. Zoals het Menselijk Genoom Project, dit streven zal ongetwijfeld produceren doorbraken in hoge-resolutie-sequencing en genoom-montage methoden, terwijl resulteert in lagere kosten en minder fouten. Het project zal ook worden ingegaan op belangrijke vragen in de biologie en de ziekte, en de onmiddellijke effecten op de velden van de evolutie, genomics, en conservation biology. Op dat laatste punt, een complete catalogus van de Aarde gewervelde soorten zou kunnen dienen als een waarborg tegen uitsterven—zowel in termen van het voorkomen van uitsterven, en eventueel de heropleving van uitgestorven soorten in de toekomst.

Aan het woord tijdens de persconferentie van gisteren, Oliver Ryer, een mede-oprichter van G10K en een directeur van de San Diego Zoo Instituut voor Natuurbehoud Onderzoek, zei VGP heeft het potentieel om te “transformeren alle domeinen van de biologie.” Hij zei dat het zal wetenschappers in staat stellen om te begrijpen van de redenen voor de ondergang, met inbegrip van de aanwezigheid van schadelijke mutaties, inteelt en genetische bottlenecks. Als een voorbeeld, Ryer beschreef de ontdekking van een schadelijke recessieve gen onder de California condors, zeggende: “nu kunnen we identificeren van de vogels die drager zijn van deze dodelijke eigenschap.” Uiteindelijk gelooft hij het project zal ons “beter stewards van het leven op Aarde” en ons in staat stellen om “behouden ons biologisch erfgoed.”

Wanneer G10K werd gelanceerd 10 jaar geleden, van zijn leden had geen idee hoe lang het zou duren om de sequentie van het genoom van voldoende kwaliteit is om het goede te doen en wetenschap te doen voordelig.

“Ik ben ongelooflijk blij dat we nu in een positie om het goed te krijgen,” David Haussler, een G10K mede-oprichter en directeur van het UC Santa Cruz Genomics Institute, zei gisteren tijdens de vergadering. “Nu is het echt tijd om aan de slag te voegen, “we hebben geen excuus om dat niet te doen.”

Voor het genereren van hoge kwaliteit genoom vergaderingen, de VGP team de nadruk op de “long-leest” over “korte-leest,” wat betekent dat sequencing technologieën die resulteren in langere stukken aaneengesloten genetische gegevens zullen worden bevoordeeld boven degenen die voor een kortere exemplaren. Dit maakt het aanzienlijk eenvoudiger om te monteren op de DNA-sequenties in de hele chromosomen. Dus in plaats van te werken met een puzzel met miljoenen stukjes, de lange-leest zal resulteren in een puzzel die bestaat uit duizenden stukken.

Ook de onderzoekers zullen zich onthouden van het combineren van mannelijke en vrouwelijke chromosomen in één genoom—een gangbare praktijk was dat resulteert in veel te veel fouten. In plaats daarvan, zal het team monteren zowel de vaderlijke en moederlijke DNA van een individu in een proces dat bekend staat als de fasering. Als Gen Myers, een VGP lid van het team en een lead-onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Moleculaire celbiologie en Genetica, zei gisteren, elke soort een “één en gedaan” deal, wat betekent dat de kwaliteit van de reeksen worden zo goed dat het werk niet hoeft te worden herhaald in de toekomst. Op die manier, “we kunnen aan de slag met de wetenschap”, zei hij.

In termen van het proces, de onderzoekers zal het opbouwen van lange-lees-reeksen met een eerste vergadering van stukken chromosoom genoemd “contigs.” Deze stukken zullen worden samengevoegd tot het maken van nog grotere stukken, genoemd steigers, die op zijn beurt gekoppeld worden aan anderen tot het maken van nog grotere samenstellingen, alle de weg naar een full-sized chromosomen. Optische DNA kaarten en computer algoritmes zullen helpen in het proces om ervoor te zorgen de juiste volgorde en het markeren van structurele fouten.

“De vooruitgang in de lange-lees sequencing en de lange afstand van de steiger technologieën is een revolutie in de novo [beginnen] DNA-sequencing,” zegt Myers. “Na 10 jaar geleden is dit een trend die me geïnspireerd om terug te keren naar het genoom montage als ik denk dat we uiteindelijk in staat om te produceren in de buurt van perfect, telomeer-to-telomeer genoom reconstructies, en als de huidige kostprijs trends zich voortzetten, voor minder dan $1.000 gemiddeld per gewervelde diersoorten, dus drastisch veranderen van het landschap van genomics.”

Inderdaad, het duurde niet al te lang geleden dat kost miljoenen dollars en jaren van inspanning om te voltooien van het genoom van een dier. Nieuwe sequencing technologieën kunnen binnenkort maken het mogelijk te maken een hele genoom in één week, zei Adam Phillippy, G10K montage stoel en leiden bij het NIH National Human Genome Research Institute. Het kost nu zo ‘ n $30.000 aan om de sequentie van het DNA van een nieuwe soort voor de eerste keer.

De nieuwe sequenties worden opgeslagen en maakte publiekelijk beschikbaar op het Genoom Ark database, een digitale open-access-bibliotheek van genen. Corporate sponsors DNAnexus en Amazon Web “hebben bijgedragen aan dit project van de grond,” zei Phillippy.

“Dit project is een bizarre en extravagante, maar het is haalbaar, en het is onvermijdelijk,” Harris Lewin, een VGP lid van het team van UC Davis, zei op de persconferentie.

Rond de $600 miljoen nodig zal zijn om te voltooien van alle fasen van het VGP, volgens een G10K persbericht. Voor de financiering van het project, G10K is het verwerven van geld van particuliere instellingen en corporate sponsors. Maar het consortium is ook het doen van wat crowdsourcing, die al verzameld $2.5 miljoen van de $6 miljoen nodig voor de eerste fase van het project (de eerste fase is de volgorde van ten minste één persoon uit alle 260 bestellingen van levende gewervelde dieren).

Alle overdrijving opzij, dit is een van de meest ambitieuze projecten die we hebben gezien in een tijdje, rivaliserende het Human Genome Project (HGP), de Menselijke Connectoom Project (een voortdurende inspanning om de kaart alle verbindingen van de menselijke hersenen), en de VGP ‘ s zus project, de Aarde BioGenome Project (EGP), die bekend werd eerder dit jaar. Het doel van de EGP is om de sequentie van alle eukaryoten (er zijn ongeveer 8,7 miljoen soorten op aarde), bij een geschatte kostprijs van $4,7 miljard dollar. In een e-mail naar Gizmodo, een woordvoerder voor G10K zei EGP zal functioneren als de coördinatie van het lichaam, en VGP gewervelde genomen zal worden bijgedragen aan het algemene streven om de replicatie van het werk.

Geen tijdlijn werd gegeven voor de VGP-project, maar als de HGP aangetoond, een langzame start is niet per se een afspiegeling is van een project algemene tempo. Naarmate de tijd verstrijkt, en als technologieën en technieken te verbeteren, de VGP onderzoekers moeten beginnen te zien het versnellen van rendement, zowel in termen van snelheid en kostenbesparingen. Eenmaal voltooid, we hebben een opmerkelijke repository tot onze beschikking, één zelfs Noach trots op zou zijn.