Un consorcio pretende secuenciar el ADN de toda la vida existente en la Tierra

Este proyecto –que cuenta con la participación de la FAPESP– apunta a secuenciar los genomas de un millón y medio de especies de plantas, animales, hongos y otros organismos eucariontes

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Se estima que existen en la Tierra entre 10 y 15 millones de especies eucarióticas: plantas, animales, hongos y otros organismos cuyas células tienen un núcleo donde se encuentra su ADN cromosómico. Pero se conoce tan sólo el 14% de las mismas (2,3 millones), y se ha secuenciado por completo menos del 0,1% (15 mil) de su ADN.

El conocimiento de esta pequeña fracción de la biodiversidad terrestre ha redundado en enormes avances en la agricultura, la medicina y las industrias basadas en la biotecnología, como así también ha propiciado mejoras en las estrategias tendientes a la conservación de especies amenazadas de extinción, según sostienen científicos del área.

Con el objetivo de completar la enorme laguna existente en el conocimiento y explorar el potencial científico, económico, social y ambiental de la biodiversidad eucariótica terrestre, un consorcio internacional pretende secuenciar, catalogar y caracterizar los genomas de todas las especies eucariontes de la Tierra en el trascurso de 10 años.

Los objetivos y los retos de esta iniciativa, denominada Proyecto BioGenoma de la Tierra (EBP, por sus siglas en inglés), aparecen descritos en un artículo publicado a finales de abril en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), perteneciente a la Academia Estadounidense de Ciencias.

Este proyecto contará con la participación de la FAPESP en el marco de los programas de Investigaciones en Caracterización, Conservación, Restauración y Uso Sostenible de la Biodiversidad (BIOTA) y de Investigación en eScience y Data Science.

“La participación de la FAPESP en el Proyecto BioGenoma de la Tierra abre la posibilidad de que científicos con base en el estado de São Paulo participen en uno de los proyectos de investigación más audaces de la actualidad. Asimismo, como Brasil es uno de los países más biodiversos, los objetivos pueden contribuir en forma sumamente destacada con el país”, dijo Carlos Henrique de Brito Cruz, director científico de la FAPESP.

Se considera que éste es uno de los proyectos más ambiciosos de la historia de la biología, y a juicio de sus coordinadores, sólo será posible llevarlo adelante ahora en razón de los avances logrados en las tecnologías de secuenciación genómica, computación de alto desempeño, almacenamiento de datos y bioinformática, y merced a la disminución del costo de la secuenciación de genomas. Y se suma a todo esto la valoración de los biobancos, los lugares donde se almacena la biodiversidad en forma catalogada: museos, herbarios y centros de colección de cultivos.

Con el costo actual –de 1.000 dólares– para secuenciar el genoma de un vertebrado del tamaño mediano cayendo, será posible secuenciar a un costo aproximado de 4.700 millones de dólares los genomas del millón y medio de especies conocidas de eucariontes. Y también de entre 10 y 15 millones de especies desconocidas –la mayoría de organismos unicelulares, insectos y pequeños animales existentes en los océanos–, según estiman los coordinadores del proyecto.

El costo, que incluye gastos con instrumentos de secuenciación, toma de muestras, almacenamiento, análisis, visualización y propagación de datos y gestión de proyectos, es comparable con el que se invirtió en el Proyecto Genoma Humano, que comenzó en 1990 y concluyó en el año 2003, y costó 4.800 millones de dólares.

Las inversiones en el Proyecto Genoma Humano tuvieron enormes impactos no sólo sobre la medicina humana sino también en la medicina veterinaria, la biociencia agrícola, la biotecnología, la ciencia ambiental, la energía renovable, la ciencia forense y la biotecnología industrial. Un informe de 2013 del Battelle Memorial Institute estimó los beneficios económicos del proyecto en la economía de Estados Unidos en alrededor de un billón de dólares.

Tras la conclusión del Proyecto Genoma Humano, se secuenciaron los genomas de muchos organismos de importancia biomédica, agrícola e industrial. Y en 2015, un grupo de científicos de las universidades de California en Davis y de Illinois, y del Instituto Smithsonian, en Estados Unidos, organizó una reunión con representantes de universidades, instituciones de investigación y agencias de fomento de la investigación científica de distintos países –que dio origen al Proyecto BioGenoma de la Tierra– en la cual decidieron que un proyecto aún más ambicioso era necesario: la secuenciación del ADN de toda la vida compleja existente en la Tierra.

El profesor de evolución y ecología de la Universidad de California en Davis y presidente del grupo de trabajo que dio origen a este proyecto, Harris Lewin, estima que los impactos económicos del proyecto BioGenoma de la Tierra podrán ser similares o incluso superar a los del Proyecto Genoma Humano. Con la diferencia de que se distribuirán globalmente y en forma especial entre los países en desarrollo como Brasil, que ostenta gran parte de la biodiversidad mundial, ponderó el investigador.

“El Proyecto BioGenoma de la Tierra sentará las bases científicas de una nueva bioeconomía que tiene potencial como para generar soluciones innovadoras referentes a los problemas de salud, ambientales, económicos y sociales de la gente en todo el mundo, especialmente en países subdesarrollados que cuentan con activos de biodiversidad significativos”, dijo Lewin en un comunicado a la prensa.

En agosto de 2017, con el objetivo de comprometer a la comunidad científica brasileña en el proyecto, la FAPESP y la Academia Brasileña de Ciencias (ABC) organizaron el workshop Biodiversity and Biobank. El evento, realizado en el auditorio de la FAPESP, contó con la presencia de Lewin y de científicos de Brasil y de Estados Unidos.

Participaron en dicho workshop curadores de diversas colecciones biológicas brasileñas, que se reunieron con representantes del EBP y de la Global Genome Biodiversity Network para discutir necesidades y dificultades para la participación brasileña en dichas iniciativas (lea más en: agencia.fapesp.br/26401). 

Los impactos potenciales

De acuerdo con los coordinadores del EBP, los resultados de la secuenciación de los genomas de todas las especies eucariontes existentes en la Tierra harán posible el desarrollo de mejores herramientas de conservación de especies y ecosistemas amenazados –particularmente los afectados por los cambios climáticos– y de preservación y mejora de los servicios ecosistémicos.

El Índice Planeta Vivo –que mide las tendencias de la diversidad biológica de la Tierra– apunta que entre 1970 y 2017 se produjo una declinación del 58% de las poblaciones de vertebrados del planeta, y la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN) estima que entre 23 mil y 80 mil especies investigadas actualmente se acercan a su extinción.

Se estima que hasta el 50% de las especies pueden extinguirse hasta el año 2050, fundamentalmente a causa del uso intensivo de recursos naturales, según destacan los autores del artículo.

“El Proyecto BioGenoma de la Tierra nos suministrará una visión sobre la historia y la diversidad de la vida y nos ayudará a entender mejor cómo conservarla”, dijo Gene Robinson, director del Instituto de Biología Genómica de la Universidad de Illinois y copresidente del grupo de trabajo que dio origen al proyecto.

El grupo de trabajo también evalúa que este proyecto será esencial para el desarrollo de nuevos medicamentos destinados a combatir enfermedades infecciosas y hereditarias, como así también para la creación de nuevos combustibles biológicos sintéticos y fuentes de alimentos para la población humana, la cual llegaría a los 9.600 millones de habitantes en 2050.

“Estamos en el medio del sexto gran evento de extinción de la vida en nuestro planeta, que no sólo amenaza a las especies silvestres sino que también constituye un peligro para la oferta global de alimentos”, remarcan los autores del artículo publicado en PNAS.

A los efectos de alcanzar los objetivos de secuenciar el genoma de la biodiversidad eucariota de la Tierra y poner a disposición estas informaciones en un repositorio digital abierto, en el marco de este proyecto se están entablando una serie de asociaciones con grupos de científicos que trabajan con distintos grupos de organismos. Entre ellos el Global Genome Biodiversity Network, el Vertebrate Genomes Project, el 10.000 Plant Genomes Project y el 5000 Arthropod Genomes Project, entre otros. 

Algunos de los principales retos del proyecto consistirán en coordinar esas iniciativas de secuenciación genómico en marcha, desarrollar una estrategia global para la recolección y preservación adecuada de ejemplares con miras a hacer posible la producción de conjuntos de genomas de alta calidad y crear herramientas de computación que permitan interpretar las secuencias genómicas almacenadas. Y sobre todo, ponerlas a disposición de la comunidad científica y de la sociedad de una manera organizada.

“La secuenciación del genoma de los organismos quizá represente la etapa más fácil del proyecto. Los mayores retos consistirán en obtener muestras de material con la calidad necesaria y contar con las herramientas que permitan interpretar la enorme cantidad de datos que se generarán”, dijo Marie-Anne Van Sluys, docente del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP), quien integra el grupo de trabajo que coordina del proyecto.

Los científicos estiman que la secuenciación del genoma de los organismos deberá exigir alrededor de 1 exabyte (mil millones de gigabytes) de capacidad de almacenamiento digital y generará desafíos y oportunidades para el desarrollo de algoritmos computacionales que permitan visualizar, comparar y entender la conexión de las secuencias del genoma con la evolución de los organismos y con los ecosistemas. Asimismo, podrá dar origen a nuevas tecnologías destinadas a la recolección de muestras mediante el empleo de drones y vehículos terrestres y acuáticos autónomos equipados con cámaras de alta resolución.

“Este proyecto constituye para nosotros que somos científicos en Brasil una oportunidad de crear e innovar no sólo en la secuenciación de genomas sino también en el análisis y en la visualización de datos, la recolección, la preservación de muestras y otros diverso factores”, sostuvo Van Sluys.

Suscriptores de la revista PNAS pueden leer el artículo intitulado Earth BioGenome Project: Sequencing life for the future of life (doi: 10.1073/pnas.1720115115), de Lewin y otros, en el siguiente enlace: pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1720115115.