Forskere vil samle inn DNA fra to millioner arter: Noahs ark for gener

Oksygen banet vei for avansert liv

Eukaryoter er betegnelsen for organismer som har en cellekjerne (med arvemateriale i form av DNA) og mitokondrier til å produsere energi.

De første enkle eukaryotene oppsto for minst 2,7 milliarder år siden – omtrent på samme tidspunkt som oksygen dukket opp i jordens atmosfære.

Siden mitokondrier bruker oksygen til energiproduksjon, ble det fart på eukaryotene.

Mengden eukaryoter har eksplodert i løpet av 600 millioner år, og gruppen omfatter i dag millioner av veldig ulike livsformer, fra muggsopper til ligusterhekker og elefanter.

Beregninger viser at kloden i dag er hjem for om lag ni millioner arter eukaryoter. Hittil har vitenskapen bare identifisert og navngitt omkring to millioner av dem, og kartlagt DNA-et til mindre enn 1 prosent.

Men det skal Earth BioGenome-prosjektet nå endre på.

Genprosjekt kartlegger alt liv

I et verdensomspennende samarbeid mellom forskere fra en lang rekke forskningsinstitusjoner i blant annet USA, Kina og Europa skal arvematerialet – såkalte genomer – kartlegges hos alle eukaryotene. På bare ti år skal forskerne spore opp de to millioner kjente artene og trekke ut DNA fra dem.

Prosjektet involverer 44 institusjoner fra 22 land, og det samarbeider med 49 andre prosjekter som også kartlegger genomer.

Et av dem, Vertebrate Genomes Project, har for eksempel som mål å kartlegge genomet til alle de om lag 70 000 dyreartene med ryggrad, mens et annet, Darwin Tree of Life, vil kartlegge alle eukaryoter i Storbritannia.

Fram til for kort tid siden var det å kartlegge alt DNA fra nesten to millioner arter på bare ti år helt utenkelig. I 2003 hadde det tatt 13 år å sekvensere hele menneskets genom, men i dag kan den nyeste teknologien gjøre det på bare fem timer.

Og teknologien har ikke bare blitt bedre, den har også blitt mye billigere.

Mens det i 2003 kostet omkring 34 milliarder kroner, er prisen for å kartlegge menneskets genom i dag under 7000 kroner. Hvis vi tar høyde for inflasjon, ventes Earth BioGenome Project å koste mindre enn Human Genome Project.

Med andre ord er det billigere å kartlegge to millioner genomer i dag enn det var å kartlegge ett for tjue år siden.

En akselerasjon i nye oppdagelser

Etter hvert som forskerne i Earth BioGenome Project sporer opp de ulike artene, tar de vevsprøver og utvinner DNA.

Arvematerialet i organismenes celler består av DNA-strenger som er bygd opp av fire baser – adenin, cytosin, guanin og tymin – forkortet til bokstavene A, C, G og T.

Deretter bruker forskerne en sekvenseringsmaskin til å bestemme den eksakte rekkefølgen av bokstavene og dermed kartlegge organismenes unike genom. Til slutt lastes alle genomene opp til et digitalt bibliotek.

I dag kjenner forskerne bare det fullstendige genomet til en håndfull organismer – blant annet mus, rotter, bananfluer og ormer – og de fungerer derfor som modeller i hoveddelen av den biologiske forskningen. Men selv om forskningen på disse få artene har avslørt mange interessante detaljer, er det bare en brøkdel av hele mangfoldet i naturen.

Mange store oppdagelser har vært gjort hos arter som har fått lite oppmerksomhet. For eksempel avslørte Gregor Mendel arvelighetsprinsippet ved å studere erteplanten, mens kjønnskromosomer første gang ble oppdaget hos biller.

Biblioteket med de to millioner genomene vil først og fremst gi nye innsikter i opprinnelsen og utviklingen til dyr og planter. Forskerne vil få en bedre forståelse av hvordan eukaryotene fungerer og interagerer, og hva som skiller familier, slekter og arter.

Sammenligning av genomer har for eksempel allerede vist at arter som er helt ulike, har mye mer til felles enn man skulle tro. Analyser viser blant annet at 60 prosent av genene til bananfluen også finnes i mennesker, mens vi har 96 prosent av DNA-et til felles med sjimpanser.

Mange av de grunnleggende biokjemiske prosessene er like i dyreriket. Det er for eksempel de samme genene som sørger for at ioner blir fraktet inn i og ut av nervecellene og skaper de elektriske strømningene som formidler informasjon, uansett om det foregår i mennesker eller i sirisser.

Det blir enda mer interessant når vi utforsker de områdene der genomene er ulike.

I 2021 fant forskere fra Kina og Danmark de genetiske hemmelighetene bak sjiraffens lange hals – et fysisk trekk som krever helt spesielle tilpassinger.

Sjiraffen må for eksempel ha uvanlig høyt blodtrykk for å få blod opp til hjernen, og ingen andre dyr har et skjelett som vokser like raskt.

En sammenligning med genomer fra 50 andre drøvtyggere, blant annet sjiraffens nærmeste slektning okapien, avslørte 490 genvarianter som bare finnes i sjiraffen. Mange av tilpassingene er relatert til skjelett og blodtrykk. Sjiraffer har for eksempel en unik variant av genet FGFRL1 som beskytter mot organskader forbundet med høyt blodtrykk.

Funn som dette gir ikke bare innblikk i utviklingen av sjiraffens lange hals, men kan også gi forskerne ideer til hvordan hjerte-kar-sykdommer kan behandles og forebygges hos mennesker.

Med et kartotek over genomene til to millioner arter vil forskerne kunne avkode mange av genenes hemmeligheter, og det vil føre til en rekke nye oppdagelser.

Gener viser evolusjonens gang

Forskerne er blant annet interessert i å avklare hva slags endringer i genomene som banet vei for flercellede organismer og gjorde naturen så mangfoldig. Det vil nemlig kunne redde truede arter.

Organisasjoner og forskere advarer i dag om katastrofale tap av økosystemer og biologisk mangfold og mener at vi akkurat nå er i full gang med den sjette masseutryddelsen i klodens historie.

Ifølge Verdens naturfond, WWF, har verdens bestander av virveldyr – som blant annet omfatter fisk, krypdyr og pattedyr – falt med 69 prosent siden 1970. Og oversikter fra Verdens naturvernunion, IUCN, viser at 28 prosent av de undersøkte dyre- og planteartene er utrydningstruet.

Et av de virkelig store målene for Earth BioGenome Project er derfor å få kjennskap til alle genomer som inngår i de truede økosystemene, og forstå samspillet mellom dem. På den måten kan forskerne finne ut hvilke organismer som er avgjørende for at økosystemene fungerer, og flytte dem til nye leveområder.

Allerede i dag blir avlsprogrammer brukt til å gjenoppbygge bestander av alvorlig truede arter, men ved at man baserer programmene på genetiske data fra enkeltindivider, blir det lettere å avle fram sunt avkom med gode overlevelsessjanser.

Det digitale biblioteket over de to millioner genomene skal med andre ord fungere som en moderne utgave av Noahs ark – en livslinje av viktig genetiske informasjon som kan sikre utrydningstruede arter og økosystemer.