Почему африканские ученые изучают гены африканских видов и как они это делают

ДНК — это чертеж жизни. Вся информация, необходимая организму для выживания, размножения, адаптации к среде или устойчивости к болезням, содержится в его ДНК.

Поэтому так важна геномика — изучение ДНК и генов. Она включает секвенирование частей или полного генома вида. Это научный метод определения ДНК организма путем разделения ее на фрагменты и определения их состава или последовательностей. Затем фрагменты выравниваются и объединяются для реконструкции исходной последовательности.

Это дает исследователям критически важную информацию. Например, они могут узнать, как лечить или предотвращать болезни, или как выводить сельскохозяйственные культуры и животных с лучшими признаками. Эти признаки могут помочь видам лучше адаптироваться к окружающей среде (что важнее, чем когда-либо, в эпоху изменения климата) или повысить их урожайность, сделав их более прибыльными.

Но в исследованиях по геномике существует большой пробел: о геномике африканских видов известно крайне мало. Это несмотря на богатое биологическое разнообразие континента. Здесь есть растения и животные, которые больше нигде в мире не встречаются.

Эти виды веками обеспечивали людей по всей Африке пищей, лекарствами и средствами к существованию. Например, люди в засушливых регионах континента издавна разводят местный крупный рогатый скот, овец и коз. Эти животные являются источником пищи и дохода в местах, непригодных для растениеводства.

Африканские виды были обделены вниманием мирового геномного сообщества. Ученые, как правило, сосредотачиваются на своих регионах или странах. Собственные мощности Африки в области секвенирования геномов и биоинформатики ограничены, поэтому ученые континента не могли провести необходимую работу. На сегодняшний день лишь небольшая часть видов, эндемичных или коренных для континента, была должным образом секвенирована и охарактеризована с помощью других научных методов.

Африканский проект «БиоГеном» (AfricaBP) стремится это изменить. Это общеафриканский проект, целью которого является секвенирование эндемичных и коренных растений и животных Африки. Это примерно 105 000 видов. Мы — трое из более чем 109 африканских ученых, участвующих в проекте, и недавно опубликовали в журнале Nature программный документ, излагающий видение консорциума на ближайшие 10 лет.

Секвенирование генома человека, проект под руководством США, показывает, сколько прямых и косвенных преимуществ дает такого рода работа. Проект «Геном человека» привел к прогрессу в геномике и прецизионной медицине. Он стимулировал новые инновации в оборудовании, технологиях и инфраструктуре, которые к 2019 году приносили экономике США 265 миллиардов долларов ежегодно.

AfricaBP также стремится привлечь больше студентов и начинающих исследователей в геномику и смежные области — и побудить их остаться на континенте, чтобы африканские страны могли воспользоваться их навыками. Этого можно достичь, сотрудничая с африканскими учреждениями для создания постоянных должностей в области геномики и биоинформатики.

Критически важные инвестиции

Секвенирование генома — сложный процесс. Виды должны быть отобраны и собраны в определенных местах; обработаны и проконтролированы по качеству; секвенированы, а затем тщательно изучены.

AfricaBP тесно сотрудничает со своими научными сообществами и партнерами для отбора видов для секвенирования. Мы направим несколько обращений к ученым по всей Африке с предложением номинировать виды. Некоторые уже отобраны: к ним относятся, например, клетчатый прыгунчик (Rhynchocyon cirnei) в Центральной и Юго-Восточной Африке и красное мангровое дерево (Rhizophora mangle) в Западной Африке.

От исследователей требуется объяснить научное, культурное и экономическое значение вида. Мы хотим, чтобы секвенируемые нами виды были полезны для конкретного сообщества или сообществ, возможно, обеспечивая пищу или лекарства, или имели культурное значение. Они также могут находиться под угрозой исчезновения, что делает их документирование с помощью секвенирования еще более срочным.

Некоторые могут усомниться в предполагаемой стоимости проекта: около 1 миллиарда долларов в течение следующих 10 лет для завершения запланированного секвенирования, развития инфраструктуры и обучения большего числа ученых. Это может показаться неоправданными расходами, учитывая насущные потребности Африки, такие как продовольственная безопасность.

Но геномика может помочь решить некоторые из этих потребностей. Обеспечение питательной пищей постоянно растущего населения станет возможным благодаря новым технологиям, которые сокращают сроки селекции и позволяют отбирать признаки, делающие культуры выносливыми, адаптивными и питательными. Например, Международный центр сельскохозяйственных исследований в засушливых районах в Рабате (Марокко) проанализировал 5780 дикорастущих культур, таких как сахарная свекла и горох; было обнаружено, что многие из них могут справляться с серьезным опустыниванием. Гены этих культур можно перенести на родственные культуры, чтобы помочь им справляться с засушливыми условиями.

Такого рода наука также, как было показано, стимулирует экономический рост через смежные области, такие как биофармацевтика, диагностика, новые медицинские устройства, а также за счет предоставления медицинской помощи новыми и инновационными способами. Было установлено, что сектор генетики и геномики человека в США обеспечивает более 850 000 рабочих мест и вносит 265 миллиардов долларов в экономику США.

Удержание африканских талантов

Африканская наука может получить выгоду от этой инициативы. В AfricaBP уже участвуют 109 африканских исследователей; большинство из них (87) работают в 22 учреждениях по всему континенту, в таких странах, как Марокко, Нигерия, Камерун, Кения и Южная Африка.

Развитие лучшей геномной инфраструктуры в африканских странах — это способ удержать исследователей на континенте, используя их навыки на благо своих стран и регионов. Также крайне важно привлекать больше африканских ученых к инициированию собственных исследовательских проектов, ориентированных на национальные приоритеты.

В следующем десятилетии мы надеемся, что AfricaBP станет частью усилий по приоритизации геномного секвенирования — и поможет пожинать его плоды для континента.