Forskare vill samla in dna från två miljoner arter: Noas ark för gener

Syre banade väg för avancerat liv

Eukaryota organismer är organismer som har en cellkärna med arvsmassa i form av dna och mitokondrier för energiproduktion.

De första enkla eukaryota organismerna uppstod för minst 2,7 miljarder år sedan, ungefär vid samma tidpunkt jordens atmosfär tillfördes syre.

Eftersom mitokondrier använder syre i sin energiproduktion satte de förhöjda halterna av grundämnet fart på de eukaryota organismerna och när syrehalten nådde upp till ungefär de nivåer som vi har i dag började livet formligen sprudla.

Under de senaste 600 miljoner åren har antalet eukaryota organismer ökat explosionsartat. Till denna grupp räknas i dag miljontals väldigt olika livsformer, allt från mögelsvampar till ligustrar och elefanter.

Beräkningar visar att det i dag finns drygt nio miljoner arter av eukaryota organismer på vår planet. Hittills har emellertid vetenskapen bara identifierat och namngivit omkring två miljoner av dem och mindre än en procent av dessa har fått sitt dna kartlagt.

Det ska emellertid projektet Earth BioGenome Project ändra på.

Genprojekt kartlägger allt liv

I ett världsomspännande samarbete mellan forskare från en lång rad forskningsinstitutioner i bland annat USA, Kina och Europa ska alla eukaryota organismers arvsmassa, deras genom, kartläggas. På bara tio år ska forskarna leta rätt på världens två miljoner kända arter och ta deras dna.

Projektet omfattar 44 institutioner i 22 länder och samarbetar med 49 andra projekt, som också kartlägger genom.

Ett av dem, Vertebrate Genomes Project, siktar på att kartlägga genom från alla omkring 70 000 ryggradsdjur, medan ett annat, Darwin Tree of Life, ska kartlägga samtliga eukaryota organismer i Storbritannien.

Tills nyligen var bara tanken på att kartlägga allt dna från närmare två miljoner arter på endast tio år fullkomligt orealistisk, men medan det år 2003 tog 13 år att sekvensera människans genom kan den senaste tekniken klara av det på bara fem timmar.

Och tekniken har inte bara blivit bättre, utan också mycket billigare.

Medan det år 2003 kostade drygt 53 miljarder kronor omräknat i dagens penningvärde ligger priset för att kartlägga människans genom i dag kring 11 000 kronor. Om man tar med inflationen i beräkningen väntas Earth BioGenome Project kosta mindre än Human Genome Project.

Det är med andra ord i dag billigare att kartlägga två miljoner genom än det var att kartlägga ett enda genom för 20 år sedan.

En acceleration i nya upptäckter

Efter hand som forskarna i Earth BioGenome Project hittar de olika arterna tar de vävnadsprover och utvinner dna.

Arvsmassan i organismernas celler består av dna-strängar, som är uppbyggda av de fyra baserna adenin, cytosin, guanin och tymin (som förkortas A, C, G respektive T).

Därefter använder forskarna en sekvenseringsmaskin för att bestämma bokstävernas exakta ordning och på så vis kartlägga organismernas unika genom. Till slut laddas alla de kartlagda genomen upp till ett digitalt bibliotek.

I dag känner forskarna bara till en handfull organismers fullständiga genom, däribland möss, råttors, bananflugors och maskars. Därför fungerar de som modeller för större delen av den biologiska forskningen. Men trots att forskningen på dessa få arter har blottlagt många intressanta detaljer är det bara en bråkdel jämfört med naturens verkliga mångfald.

Många stora upptäckter har historiskt kommit från mindre väl utforskade arter. Gregor Mendel avslöjade till exempel ärftlighetsprincipen genom att studera olika ärtsorter, medan könskromosomerna upptäcktes hos skalbaggar.

Biblioteket med de två miljoner genomen kommer främst att ge nya insikter om djurs och växters ursprung och utveckling. Forskarna vill få en bättre förståelse av hur eukaryota organismer fungerar och interagerar och vad som skiljer familjer, släkten och arter åt.

Jämförelser av genom har redan visat att arter som ser ut att vara väldigt olika har mycket mer gemensamt än man skulle kunna tro. Analyser visar till exempel att 60 procent av bananflugans gener återfinns även hos människor, medan vi har 96 procent av vårt dna gemensamt med schimpanser.

Många av de grundläggande biokemiska processerna ser likadana ut inom djurriket. Det är till exempel samma gener som får joner att transporteras in i och ut ur nervcellerna och skapa de elektriska impulser som förmedlar information, oavsett om det sker i en människa eller i en syrsa.

Ännu mer spännande blir det när vi dyker ner i de delar där genomen skiljer sig från varandra.

År 2021 identifierade forskare från Kina och Danmark de genetiska hemligheterna bakom giraffens långa hals, en fysisk egenskap som kräver en rad särskilda anpassningar.

För att få upp blod till hjärnan behöver giraffen till exempel ha ovanligt högt blodtryck, och dess benvävnad är den snabbast växande i djurriket.

En jämförelse med genom från 50 andra idisslare, däribland giraffens närmaste släkting, den korthalsade okapin, påvisade 490 genvarianter som endast finns hos giraffen. Många av dessa anpassningar är kopplade till blodtryck respektive tillväxt av benvävnad. Giraffer har exempelvis en unik variant av genen FGFRL1, som skyddar mot organskador förknippade med förhöjt blodtryck.

Fynd som detta ger inte bara en inblick i utvecklingen av giraffens långa hals, utan inspirerar också forskarna till hur hjärt-kärlsjukdomar kan behandlas och förebyggas hos människor.

Med ett kartotek över två miljoner arters genom kommer forskarna att kunna avkoda genernas hemligheter i en takt som aldrig tidigare skådats. Det kommer att leda till mängder av nya upptäckter.

Gener visar evolutionens gång

Forskarna är bland annat intresserade av att ta reda på vad det var för förändringar i genomen som banade väg för flercelliga organismer och gav naturen en så stor mångfald. Det skulle nämligen kunna rädda hotade arter.

Organisationer och forskare varnar i dag för katastrofala förluster av ekosystem och biologisk mångfald och menar att vi just nu befinner oss mitt i det sjätte massutdöendet i planetens historia.

Enligt Världsnaturfonden WWF har världens bestånd av ryggradsdjur, som inkluderar bland annat fiskar, kräldjur och däggdjur, minskat med 69 procent sedan år 1970. Och inventeringar gjorda av Internationella naturvårdsunionen visar att 28 procent av de studerade djur- och växtarterna är utrotningshotade.

Ett viktigt mål för Earth BioGenome Project är därför att ta reda på mer om alla genom som ingår i hotade ekosystem och förstå samspelet dem emellan. Då kan forskarna identifiera vilka organismer som är avgörande för att ekosystemen ska fungera och flytta dem till nya habitat.

Redan i dag används avelsprogram för att återuppbygga bestånd av starkt hotade arter, men genom att grunda programmen på genetisk information från enskilda individer blir det lättare att få fram frisk avkomma med goda chanser till överlevnad.

Det digitala biblioteket över de två miljoner genomen ska alltså fungera som en modern variant av Noas ark, en livslinje av viktig genetisk information som kan framtidssäkra utrotningshotade arter och ekosystem.