Sequenzierung der Genome von 1,8 Millionen Arten: Neue Phase für das „Earth BioGenome Project“

(24.01.2022) Die Sequenzierung des Erbguts (Genom) aller Pflanzen, Tiere, Pilze und anderer Lebewesen auf der Erde ist eine wichtige Voraussetzung dafür, die biologische Vielfalt und die Funktionsweise von Ökosystemen besser zu verstehen, zu betreuen und zu schützen.

Um ein globales Netzwerk von Sequenzierungsexpertise und -kapazität aufzubauen, arbeitet das Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) und die Wissenschaftler:innen, die für den Europäische Referenz-Genom-Atlas (ERGA) tätig sind, Hand in Hand mit dem „Earth BioGenome Project“ (EBP).

Das EBP tritt nun in eine neue Phase ein, in der es von Pilotprojekten zur Sequenzierung in großem Maßstab übergeht.

Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) Die Ziele des EPB-Projekts, seine bisherigen Erfolge und die nächsten Schritte werden wissenschaftlichen Aufsätzen beschrieben, die diese Woche in den „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ veröffentlicht wurden.

Überall auf der Welt werden Anstrengungen unternommen, um wissenschaftliche Konsortien zu gründen, die qualitativ hochwertige, fehlerfreie Genomsequenzen aller Arten erzeugen sollen. Diese Ressourcen können für die Beantwortung grundlegender Fragen in der Biologie, der Gesundheits- und Krankheitsforschung und der biologischen Erhaltung von wesentlicher Bedeutung sein.

„Die Genomik ist eine sich schnell entwickelnde Disziplin, die darauf abzielt, das gesamte genetische Repertoire der Arten sowie die Unterschiede und Wechselwirkungen zwischen Individuen, Populationen und Gemeinschaften zu untersuchen.

Die in der Genomik eingesetzte Technologie hat die Fähigkeit, in kurzer Zeit große Datenmengen für jede beliebige Probe zu generieren, und ist daher ein dynamisches und mächtiges Werkzeug, um dem globalen Wandel und der anhaltenden Krise des Massensterbens angemessen zu begegnen“, sagt Leibniz-IZW-Wissenschaftlerin Dr. Camila Mazzoni, die Vorsitzende von ERGA.

„Die Erstellung von Referenzgenomen der gesamten eukaryotischen Artenvielfalt ist ein Projekt, das nur durch eine große, gemeinschaftliche und gut koordinierte weltweite Anstrengung angegangen werden kann. Größere und kleinere Projekte – unter dem Dach des EBP – wie das Vertebrate Genomes Project (VGP), der Darwin Tree of Life (DToL), der European Reference Genome Atlas (ERGA) und das Africa BioGenome Project (AfricaBP) werden gemeinsam die Werkzeuge für die Biodiversitätsforschung und die derzeitige Sichtweise auf und den Schutz der biologischen Vielfalt verändern.“

Das Earth BioGenome Project ist als internationales „Netzwerk von Netzwerken“ konzipiert und koordiniert zahlreiche gruppenspezifische, regionale und nationale Bemühungen, wie das California Conservation Genome Project (USA), den Darwin Tree of Life (Großbritannien und Irland) oder den ERGA (Europa).

„Das EBP als Netzwerk der Netzwerke ist eines der größten koordinierten Projekte in der Geschichte der Biologie“, sagte Harris Lewin, Vorsitzender der EBP-Arbeitsgruppe und Professor für Evolution und Ökologie an der University of California, Davis.

„Es ist zu befürchten, dass die Erde bis zum Ende dieses Jahrhunderts die Hälfte ihrer biologischen Vielfalt verlieren wird, wenn keine Maßnahmen zur Eindämmung des Klimawandels und zum Schutz der globalen Ökosysteme ergriffen werden. Die Erstellung einer digitalen Bibliothek des Erbguts aller bekannten eukaryotischen Lebewesen kann uns in die Lage versetzen, wirksame Instrumente zu entwickeln, die den Biodiversitätsverlust und die Ausbreitung von Krankheitserregern eindämmen, Überwachung und Schutz von Ökosystemen verbessern sowie Ökosystemdienstleistungen sichern können. Unser großes Ziel, alles eukaryotische Leben zu sequenzieren, scheint nun in Reichweite zu sein.“

Das im November 2018 gestartete EBP hat sich zum Ziel gesetzt, einen vollständigen Erbgutkatalog aller 1,8 Millionen Pflanzen-, Tier- und Pilzarten sowie der einzelligen mikrobiellen Eukaryoten zu erstellen.

Das EBP hat nun die Startphase hinter sich gelassen und tritt in Phase 1 (bis 2023) mit dem ehrgeizigen Ziel ein, Referenzgenome zu erstellen, die etwa 9.400 taxonomische Familien repräsentieren. Bislang haben die angeschlossenen Projekte etwa 200 solcher Referenzgenome erstellt, wobei die Sequenzierung, Assemblierung und Annotation von weiteren gut 3000 Genomen bis Ende 2022 abgeschlossen sein soll.

Dies entspräche rund 34 % des Ziels von Phase 1.

Ende 2021 umfasste das Projekt 5.000 Wissenschaftler:innen und technisches Personal an 44 Mitgliedsinstitutionen in 22 Ländern auf allen Kontinenten außer der Antarktis. Es gibt 49 angeschlossene Projekte, welche die meisten der wichtigsten taxonomischen Gruppen von Eukaryoten abdecken und Zugang zu Zehntausenden von hochwertigen Proben aus Museumssammlungen und von Feldbiologen bieten. Kürzlich ging eine Gruppe afrikanischer Institutionen aus 22 Ländern als Africa BioGenome Project an den Start. BIOSCAN, das die DNS-Barcode-Technologie zur Entdeckung und Identifizierung von Arten einsetzt, und das Global Virome Project, ein Projekt zur Entdeckung neuer Viren, die eine pandemische Bedrohung darstellen könnten, sind ebenfalls als Partner beigetreten.

Zu den wichtigsten Aktivitäten der ersten drei Jahre gehörten die Entwicklung und Bewertung von wissenschaftlichen Qualitätsstandards und Strategien, die Organisation regionaler, nationaler und transnationaler Projekte und der Aufbau von Gemeinschaften durch regelmäßige Arbeitsausschusssitzungen und eine jährliche Konferenz.

Neben dem Internationalen Wissenschaftlichen Ausschuss, der die Standards für das Projekt entwickelt, hat das EBP auch Ausschüsse für Ethik, rechtliche und soziale Fragen (ELSI) und Gerechtigkeit, Gleichberechtigung, Vielfalt und Integration (JEDI) gebildet. Das EBP möchte proaktiv ethische, rechtliche und soziale Fragen im Zusammenhang mit dem Projekt klären.

Das Netzwerk plant, Empfehlungen für den Zugang und den kommerziellen Vorteilsausgleich sowie für Gerechtigkeit und Einbeziehung in der Gemeinschaft der Biodiversitätsgenomiker und in den indigenen Gemeinschaften in den Ländern mit der größten biologischen Vielfalt der Welt zu entwickeln.

Publikation

Lewin HA et al (2022): The Earth BioGenome Project 2020: Starting the clock. PNAS 119, e2115635118.


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