地球バイオゲノム計画は、地球上に存在する記載済みの複雑な生命体180万種すべてのゲノムを解読することを目指しています。
複雑な生命体すべてのゲノムを解読することで、科学者は種間の違いを探究できるようになります。比較を行うことから、注目すべき技術革新を生み出すことまで可能になります。
技術の進歩により、このような計画は実現可能であるだけでなく、手頃な費用で行えるようになりました。
地球バイオゲノム計画は、地球上の複雑な生命すべて（記載済みの約180万種）のゲノムを10年間で解読することを目指す国際コンソーシアムであり、現在その取り組みを加速させています。
本計画の起源、目標および進捗状況については、複数の著者による2本の論文に詳述されています。掲載された 本日。完了すれば、生物学研究のあり方を永久に変えることになるでしょう。
具体的には、研究者はもはや少数の「モデル生物」に限定されることなく、興味深い特性を示すあらゆる生物のDNA塩基配列データベースを活用できるようになります。この新たな情報は、複雑な生命がどのように進化し、どのように機能しているのか、そして生物多様性をどのように保護できるのかを理解するうえで役立つでしょう。
本計画は2016年に初めて提案され、2018年にロンドンで行われた発足式では、私が講演する栄誉に浴しました。現在、本計画は立ち上げ段階から本格的な生産段階へと移行しつつあります。
第1段階の目標は、地球上のすべての分類学上の科（約9,400科）から1つずつゲノムを解読することです。2022年末までに、これらの種のうち3分の1が完了する予定です。第2段階では、全1万8万属の代表種のゲノムを解読し、第3段階ではすべての種の解読を完了させる予定です。
珍しい種の重要性
地球バイオゲノム計画の壮大な目標は、地球上に存在する記載済みの複雑な生命体180万種すべてのゲノムを解読することです。これには、すべての植物、動物、菌類、そして真の核を持つ単細胞生物（いわゆる「真核生物」）が含まれます。
マウス、シロイヌナズナ、ショウジョウバエ、線虫といったモデル生物は、遺伝子の機能を理解するうえで極めて重要な役割を果たしてきました。しかし、やや異なる仕組みで機能する可能性のある他の種を研究できることは、大きな利点です。
重要な生物学の原理の多くは、珍しい生物の研究から生まれました。例えば、遺伝子はグレゴール・メンデルがエンドウで発見したことで有名であり、遺伝子を支配する法則は赤パンカビで発見されました。
DNAは初めてサケの精子から発見されました。また、DNAを保護する一部の仕組みに関する知見は、クマムシの研究から得られました。染色体は初めてゴミムシダマシで観察され、性染色体はある甲虫で発見されました（性染色体の作用と進化は、魚類やカモノハシでも研究されています）。さらに、染色体の末端を覆うテロメアは、池の藻類から発見されました。
生物学的な問いへの回答と生物多様性の保全
近縁種と遠縁種を比較することで、遺伝子の機能やその制御のされ方を解明する非常に強力な手段が得られます。例えば、同じく本日掲載されたPNAS論文では、キャンベラ大学の同僚と私が、オーストラリアのドラゴントカゲが、DNA配列そのものではなく、性遺伝子の染色体上の近傍によって性を制御していることを発見しました。
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科学者はまた、種間比較を用いて遺伝子や制御システムを進化的起源までたどることにより、約10億年にわたる遺伝子機能の驚くべき保存性を明らかにすることができます。例えば、ヒトの網膜発生とショウジョウバエの光受容細胞には、同じ遺伝子が関与しています。また、乳がんで変異が起きるBRCA1遺伝子は、植物や動物においてDNAの切断を修復する役割を担っています。同じ遺伝子が関与しています。また、乳がんで変異が起きるBRCA1遺伝子は、植物や動物においてDNAの切断を修復する役割を担っています。
動物のゲノムも、従来考えられていたよりもはるかに保存されています。例えば、私と複数の同僚は最近、動物の染色体が6億8,400万年前のものであることを示しました。
また、ゲノムの「ダークマター」を探究し、タンパク質をコードしないDNA配列がゲノムの機能や進化において依然として役割を果たしうることを明らかにすることも、非常にわくわくする課題です。
地球バイオゲノム計画のもう一つの重要な目標は、保全ゲノム学です。この分野では、DNA解読を用いて絶滅の危機に瀕している種を特定します。これには、世界の複雑な生物の約28%が含まれます。これにより、これらの種の遺伝的健康状態を監視し、管理について助言することが可能になります。
もはや不可能な課題ではない
つい最近まで、大規模なゲノムの解読には何年もの年月と数百万ドルもの費用がかかっていました。しかし、技術の飛躍的な進歩により、現在では数千ドルの費用で大規模なゲノムを解読・組み立てることが可能になっています。地球バイオゲノム計画全体にかかる費用は、総額約30億米ドルと言われたヒトゲノム計画よりも、現在の貨幣価値で見れば少なくなります。
かつて研究者は、数百万個の微小なDNA断片について、4つの塩基の並び順を化学的に特定し、その後に全体の配列を再び組み立てる必要がありました。現在では、物理的特性に基づいて異なる塩基を識別したり、4種類の塩基それぞれを異なる色素と結合させることで識別することができます。新たな解読法では、微小な管に固定された、あるいは膜の微細な孔を通過させられた長いDNA分子を読み取ることができます。
なぜすべてを解読するのか？
しかし、代表的な種だけを解読すれば、時間と費用を節約できるのではないでしょうか？
そもそも、地球バイオゲノム計画の狙いは、種間の違いを活用して比較を行うことにあり、また、外れ値の中にある注目すべき技術革新を捉えることにもあります。
また、取りこぼしへの懸念もあります。例えば、線虫の7万種のうち6万9,999種しか解読しなかった場合、動物や植物に病気を引き起こす仕組みを解明しうる一種を見落としてしまう可能性があります。
現在、22か国の44の提携機関が地球バイオゲノム計画に取り組んでいます。また、49の提携プロジェクトもあり、その中には次のような大規模なプロジェクトが含まれています。カリフォルニア保全ゲノムプロジェクト、鳥類1万ゲノムプロジェクト、そして英国のダーウィン生命樹プロジェクトなどのほか、コウモリやチョウなど特定の分類群を対象とした多くのプロジェクトがあります。
