Projekt zur Sequenzierung des Genoms von 40.000 Pflanzen-, Tier- und Pilzarten in katalanischsprachigen Gebieten

Der Verlust der Artenvielfalt ist eine der besorgniserregendsten Bedrohungen für unseren Planeten. Degradierte Lebensräume, Übernutzung von Ressourcen, die Klimakrise und invasive Arten sind einige der Faktoren, die den Reichtum und die Vielfalt lebender Arten bedrohen.

Das schnelle und fortschreitende Verschwinden der Organismen – einige Experten sprechen von einem sechsten Massenaussterben – wird große Ungleichgewichte in den Ökosystemen hervorrufen, ökologische Kreisläufe und die Beziehungen zwischen den Arten verändern und alle Lebensformen, einschließlich des Menschen, beeinträchtigen.

Die Genome aller Pflanzen, Tiere und Pilze der Erde – rund zwei Millionen bekannte Arten – zu sequenzieren, um die Artenvielfalt, wie wir sie kennen, zu schützen: Dies ist das Ziel des Earth BioGenome Project (EBP), das die genomische Artenvielfalt von Arten in verschiedenen Regionen des Planeten charakterisieren wird.

Auch die katalanische Initiative für das BioGenome-Projekt der Erde (CBP) beteiligt sich an diesem internationalen Projekt, das die Genome der eukaryotischen Arten – das heißt der Arten mit Zellen, die über einen definierten Zellkern verfügen – in den katalanischsprachigen Gebieten (Andorra, Nordkatalonien, Balearen, Valencianische Gemeinschaft und Fürstentum Katalonien) sequenzieren wird.

Nun ein Artikel in der Zeitschrift NAR Genomik und Bioinformatik hat über das CBP-Projekt berichtet.

Die Hauptautoren des Textes sind Professor Montserrat Corominas von der Fakultät für Biologie der UB, dem Institut für Biomedizin (IBUB) der UB und dem Institut für katalanische Studien (IEC) sowie Professor Roderic Guigó vom Zentrum für Genomische Regulierung (CRG), der Universität Pompeu Fabra (UPF) und dem IEC. Der NARGAB-Artikel zitiert ausdrücklich die katalanische Übersetzung, die verfügbar in der Zenodo-Datenbank.

Genomsequenzierung zum Artenschutz

Die Kenntnis des Genoms von Lebewesen ist entscheidend für die Entwicklung von Instrumenten und Strategien, die dazu beitragen, den Verlust der Artenvielfalt und das Aussterben von Arten zu minimieren oder sogar umzukehren. Ein Viertel aller bekannten Arten auf dem europäischen Kontinent findet sich in den Països Catalans (katalanischsprachigen Gebieten), wo eine hohe Artenvielfalt und eine Fülle endemischer Arten zu finden sind. Viele dieser Arten sind durch den globalen Klimawandel ernsthaft bedroht, der wahrscheinlich erhebliche ökologische Auswirkungen auf den Mittelmeerraum haben wird, insbesondere auf Süßwasserökosysteme und Bergregionen.

„Eine der großen Errungenschaften des BioGenome-Projekts der katalanischen Initiative für die Erde (CBP) besteht darin, dass es Wissenschaftler aus sehr unterschiedlichen Disziplinen der Biologie ermutigen konnte, Bereiche, in denen sie traditionell isoliert voneinander gearbeitet haben.

„Dies begünstigt interdisziplinäre Forschung, die für den Fortschritt der Wissenschaft unverzichtbar ist“, sagt Montserrat Corominas, Professorin am Institut für Genetik, Mikrobiologie und Statistik der UB und Leiterin der Forschungsgruppe REGnetREG an der UB.

Die Entschlüsselung der Genome aller Arten auf der Erde ist möglicherweise das wichtigste Projekt in der Geschichte der Wissenschaft und eines der wichtigsten in der Geschichte der Menschheit. Die Kenntnis dieser Genome wird uns ein bisher unerreichtes Wissen über biologische Prozesse liefern.

„All diese Erkenntnisse werden Auswirkungen haben, die wir uns heute noch gar nicht vorstellen können, in Bereichen wie der Medizin, der Landwirtschaft, der Biotechnologie usw. und auch in vielen industriellen Prozessen, die immer stärker von biologischen Prozessen abhängen.

„Dieser wissenschaftliche Meilenstein wird daher von wesentlicher Bedeutung für die Entwicklung der Bioökonomie sein, also einer Wirtschaft, die sich mit der Natur und nicht gegen sie entwickelt“, betont Experte Roderic Guigó, Leiter des Forschungsprogramms Computational Biology and Health Genomics am Center for Genomic Regulation (CRG).

Der Balearensturmtaucher: Ein Referenzgenom für den Artenschutz

Biologen, Botaniker, Zoologen, Genetiker, Bioinformatiker, Mikrobiologen, Ökologen und andere Experten haben mit ihren Forschungsanstrengungen zu einer Untersuchung beigetragen, deren Ziel zunächst die Sequenzierung der Genome von 76 Arten ist.

In der Pilotphase des PBC, die im Sommer 2020 begann, wurde ein digitaler Katalog der in Katalonien lebenden eukaryotischen Arten erstellt, mit Arten wenig erforschter Taxa wie dem Süßwasserflagellatten (Singekia montserratensis); seltenen, endemischen oder schwer zu lokalisierenden Arten wie dem katalanischen Blindskorpion (Belisarius xambeui) oder solchen, die als biologische Modelle infrage kommen, wie der Mauereidechse (Podarcis muralis).

Darüber hinaus sollen die Genome gefährdeter Arten bereitgestellt werden, beispielsweise des Montseny-Bachmolchs (Calotriton arnoldi), des am stärksten gefährdeten Amphibiums Europas, oder der Roten Koralle (Corallium rubrum); außerdem von Arten, die in der Medizin verwendet werden, beispielsweise der Pyrenäenkamille (Achillea ptarmica subsp. pyrenaica), oder von wirtschaftlichem Interesse sind, beispielsweise des Perlmutt-Messerfischs (Xyrichtys novacula).

Eines der ersten sequenzierten Genome ist das des Balearensturmtauchers (Puffinus mauretanicus), eines auf den Balearen endemischen Seevogels, der laut der International Union for Conservation of Nature (IUCN) vom Aussterben bedroht ist – insbesondere aufgrund unbeabsichtigter Fänge durch Langleinenfischer.

Die Professoren Marta Riutort und Julio Rozas von der Fakultät für Biologie und dem UB Biodiversity Research Institute (IRBio) haben die Studie zur Entschlüsselung dieses im Naturschutz wichtigen Genoms koordiniert.

„Da wir nun das vollständige Genom haben, können wir die tatsächliche Situation der Balearensturmtaucherpopulationen viel besser einschätzen“, sagt Riutort. „Es hat uns auch den Weg geebnet, ein Instrument zu entwickeln, das zu ihrem Schutz beitragen soll und das bereits das Interesse der beteiligten Gruppen geweckt hat“, fügt Rozas hinzu.

Die Herausforderung der Biodiversitätsgenomik angehen

Fast 150 Experten von Institutionen wie UB, CRG, IBE-UPF-CSIC, ICREA, CNAG, ICTA-UAB, BSC-CNS, CRAG, ICBIBE, CSIC-UIB und IBB haben an diesem Projekt teilgenommen. Die meisten Genome werden am Nationalen Zentrum für Genomanalyse (CNAG) im Barcelona Science Park (PCB) sequenziert. Die Ergebnisse sind auf der Website verfügbar. PBC-Website.

„Dank der Fortschritte in der DNA-Sequenzierungstechnologie und bei den Analyseverfahren können wir qualitativ hochwertige Referenzgenome von Tier- und Pflanzenarten in einer Geschwindigkeit erhalten, die noch vor wenigen Jahren undenkbar gewesen wäre“, sagt Experte Tyler Alioto, Leiter der Genomassemblierungs- und -annotationsgruppe des CNAG.

„Die Analyse von Sequenzierungsdaten zur Bildung eines Genoms ist mit der Entschlüsselung eines Puzzles mit Millionen von Teilen vergleichbar. Es war notwendig, leistungsfähige Computerwerkzeuge zu entwickeln.“

Gemeinsame Nutzung von Ressourcen zum weltweiten Schutz der Artenvielfalt

Der jetzt veröffentlichte Artikel hebt die reiche Artenvielfalt der Gebiete hervor, die historisch eine starke kulturelle Tradition teilen, die sich vor allem in der Verwendung der katalanischen Sprache widerspiegelt. So wurde das PBC 2019 von der katalanischen Gesellschaft für Biologie (SCB) gefördert, dank des Vermächtnisses von Leandre Cervera (1891–1964) – Präsident der Organisation, die während Francos Regime untergetaucht war – mit der anfänglichen Unterstützung des katalanischen Instituts für Naturgeschichte (ICHN) und des Instituts für katalanische Studien (IEC).

Für die Autoren ist dieser Beitrag auch eine Möglichkeit, ihre Forschung allen Bürgern näherzubringen, die letztlich diejenigen sind, die die Forschungstätigkeit finanzieren. Dies ist besonders relevant im Rahmen einer Initiative, die der gesamten Gesellschaft offen steht und sich auf ein gemeinsames kulturelles und sprachliches Erbe beruft.

Seit Juni 2024 wird die alle vier Jahre erneuerte Koordinierungsgruppe, die die Aktivitäten des Projekts verwaltet, von Marta Riutort (UB-IRBio) und Javier del Campo (Institut für Evolutionsbiologie-IBE) geleitet.

Über die Grenzen der katalanischsprachigen Gebiete hinaus möchte das PBC Teil einer globalen Transformationsbewegung sein, um das soziale Bewusstsein für die Bedrohung zu schärfen, die der Verlust der biologischen Vielfalt für das menschliche Wohlergehen darstellt, und um ein anderes und ausgewogeneres Verhältnis zur Natur auf der ganzen Welt zu fördern.

„Unser Wunsch ist es, dass wir am Ende des internationalen Projekts sagen können, dass unsere Länder einen bedeutenden Beitrag geleistet haben“, schließen Montserrat Corominas und Roderic Guigó.