# Геномика биоразнообразия Секвенирование и архивирование геномов всех эукариотических форм жизни для поддержки восстановления экосистем и биоразведки. Source: https://bioecon.ru/technology/biodiversity-genomics/ Updated: 2026-08-18 ## Обзор и цепочка создания стоимости Маркеры: [EC: Convention on Biological Diversity | OECD: genomics-bioinformatics | Regulator: USDA-APHIS, EFSA, MOA] Геномика биоразнообразия направлена на расшифровку генетических чертежей всего эукариотического биоразнообразия планеты. Earth BioGenome Project (EBP) — часто называемая «Лунной программой биологии» — является центральной инициативой: 10-летний консорциум, цель которого — секвенировать, каталогизировать и в открытом виде опубликовать эталонные геномы хромосомного уровня для всех примерно 1,5-1,8 млн эукариотических видов (растений, животных, грибов и протистов). Этот архив лежит в основе трёх направлений применения: биоразведка (поиск путей синтеза вторичных метаболитов для переноса в синбио-шасси ради лекарств и зелёной химии), природоохранная генетика (выявление инбредной депрессии и разрешение спорной таксономии для программ генетического спасения) и продовольственная безопасность (перенос генов устойчивости от диких сородичей культурных растений в коммерческие сорта средствами геномного редактирования). В связи со снижением стоимости секвенирования ниже 1000 долларов за высококачественный эталонный геном акцент сместился на автоматизированное выделение ультрадлинной ДНК и открытый децентрализованный обмен данными. Ключевые направления геномики биоразнообразия: 1. **Генерация эталонных геномов:** Создание сборок на хромосомном уровне для ключевых и исчезающих видов. 2. **Мониторинг экологической ДНК (eDNA):** Отслеживание изменений биоразнообразия путем секвенирования ДНК, попадающей в почву и воду. 3. **Биоразведка (Bioprospecting):** Поиск в геномных базах данных новых ферментов и вторичных метаболитов для промышленного использования. 4. **Природоохранная генетика:** Оценка генетического разнообразия внутри изолированных популяций для управления программами разведения. ### Отраслевая цепочка создания стоимости ``` [Сбор образцов] ──> [Выделение ДНК] ──> [Секвенирование] ──> [Биоинформатическая сборка] │ (Аннотация) │ ▼ [Мониторинг экосистем] <─── [Открытое архивирование данных] <─────┘ ``` ### Уровни цепочки создания стоимости | Уровень | Описание | Ключевые входы/выходы | |:---|:---|:---| | **Сбор образцов** | полевой сбор тканей по Нагойскому протоколу с архивированием морфологических ваучеров. | **Вход:** флора, фауна, разрешения на сбор.
**Выход:** быстрозамороженные ваучерные ткани. | | **Выделение ДНК** | выделение сверхвысокомолекулярной ДНК без сдвига. | **Вход:** замороженная ткань, магнитные диски Nanobind.
**Выход:** ВМС ДНК выше 100 т.п.н. | | **Секвенирование** | секвенирование длинными прочтениями на платформах PacBio HiFi и Oxford Nanopore. | **Вход:** ВМС ДНК.
**Выход:** длинные прочтения выше Q30. | | **Биоинформатическая сборка** | реконструкция целых хромосом de novo. | **Вход:** длинные прочтения, контакты Hi-C, Hifiasm/YaHS.
**Выход:** сборки хромосомного уровня. | | **Открытое архивирование данных** | хранение последовательностей в публичных базах. | **Вход:** сборки.
**Выход:** курируемые эталонные геномы (NCBI, ENA). | | **Мониторинг экосистем** | применение данных для природоохранной политики. | **Вход:** геномы, eDNA.
**Выход:** планы восстановления видов. | Сквозные технологии сектора: - **Секвенирование длинных прочтений:** Технологии, такие как Nanopore и PacBio, позволяющие получать высоконепрерывные сборки геномов. - **Пространственная транскриптомика:** Картирование экспрессии генов непосредственно в срезах тканей для понимания сложной биологии. - **Облачные вычисления:** Масштабная инфраструктура, необходимая для обработки петабайт геномных данных. --- ## США США выступают в качестве центрального административного узла глобальных инициатив в области биоразнообразия, координируя стандарты и протоколы данных для Earth BioGenome Project. ### Координация EBP, высокопроизводительное секвенирование, облачная инфраструктура - **Координационный хаб EBP:** UC Davis (рабочая группа Харриса Левина) координирует глобальную сеть EBP и метрики качества сборки (contig N50 выше 1 Мб, точность оснований выше Q40). - **Vertebrate Genomes Project:** группа Эриха Джарвиса в Рокфеллеровском университете ведёт VGP — проект эталонных геномов для всех примерно 70 000 видов позвоночных на прочтениях PacBio HiFi. - **Коллекции Смитсоновского института и NCBI:** Смитсоновский институт обеспечивает курацию образцов и ваучеров для американских инициатив по секвенированию экосистем, а NCBI архивирует открытые геномные данные. --- ## КНР Китай инвестирует значительные средства в масштабную инфраструктуру секвенирования, используя автоматизацию для быстрого секвенирования тысяч азиатских видов растений и животных. ### Stereo-seq, Проект 10KP, массовая автоматизация - **Пространственная геномика:** BGI-Research сочетает запатентованную платформу пространственной транскриптомики Stereo-seq с полногеномной сборкой редких растений Азии. - **Масштабные проекты:** программы «10 000 геномов растений» (10KP) и сопутствующие эукариотические проекты секвенируют мхи, папоротники, водоросли и эндемичных животных на платформах DNBSEQ от BGI; Куньминский институт зоологии ведёт крупнейшие базы эволюционной зоогеографии диких млекопитающих Китая. - **Национальные базы данных:** Национальный генбанк Китая (CNGB) надёжно размещает колоссальные наборы данных о биоразнообразии страны. --- ## ЕС ЕС концентрируется на глубокой экологической геномике, секвенируя целые экосистемы, чтобы понять последствия изменения климата и открыть новые биопродукты. ### Древо жизни Дарвина, морская геномика, суверенитет данных - **Darwin Tree of Life:** проект DtL под руководством Института Сенгера ставит цель секвенировать все примерно 70 000 эукариотических видов Британии и Ирландии, обеспечивая один из самых производительных в мире конвейеров сборки de novo. - **Морская биоразведка:** французский Genoscope секвенирует океанские микробиомы (в частности, экспедиции Tara Oceans), выявляя ферменты экстремофилов для зелёной химии. - **Алгоритмы сборки и открытые данные:** Институт Макса Планка (лаборатория Майерса) разрабатывает математический аппарат графов перекрытий, лежащий в основе современных ассемблеров, а EMBL-EBI размещает открытую европейскую биоинформатическую инфраструктуру. --- ## Ведущие компании и исследовательские институты | Компания / Институт | Страна | Ключевые продукты | Технологические особенности | Status 2026 | |:---|:---|:---|:---|:---| | **Wellcome Sanger** | 🇬🇧 Великобритания | *Darwin Tree of Life* | Крупномасштабная сборка de novo | commercial | | **BGI** | 🇨🇳 КНР | *Платформы Stereo-seq* | Пространственная транскриптомика | commercial | | **UC Davis** | 🇺🇸 США | *Координация хаба EBP* | Стандартизация метрик >Q40 | commercial | | **Max Planck Institute** | 🇩🇪 Германия | *Биоинформатические инструменты* | Сборщики сложных полиплоидных геномов | commercial | | **Genoscope** | 🇫🇷 Франция | *Морская метагеномика* | Экологический скрининг | commercial | | **Oxford Nanopore** | 🇬🇧 Великобритания | *MinION/PromethION* | Секвенирование сверхдлинных прочтений | commercial | --- ## Стек технологий и инновации Современная геномика биоразнообразия полностью зависит от прорывов в выделении ультрадлинных молекул ДНК и алгоритмической сборке высокоповторяющихся регионов. 1. **Выделение ВМС (UHMW) ДНК:** - магнитные диски Nanobind (нанокремнезёмное покрытие) мягко наматывают ультрадлинную ДНК при покачивании, сохраняя фрагменты длиной более 100 т.п.н., необходимые для секвенирования длинных прочтений. - мягкий низкосдвиговый лизис сохраняет хромосомы мегабазной длины, которые спиновые колонки фрагментировали бы. 2. **Технологии секвенирования:** - PacBio HiFi и Oxford Nanopore дают многокилобазные прочтения выше Q30, разрешающие повторяющиеся регионы, недоступные коротким прочтениям. - определение конформации хроматина Hi-C фиксирует хроматин формальдегидом и лигирует физически близкие участки ДНК, создавая карту контактов для сборки контигов в хромосомы. 3. **Биоинформатические алгоритмы:** - Hifiasm строит точные контиги из HiFi-прочтений, Purge_dups удаляет гаплотипные дубликаты, а YaHS упорядочивает контиги в скаффолды хромосомного уровня по контактам Hi-C. - пайплайны ИИ-аннотации, такие как Braker3, быстро размечают гены, регуляторные элементы и кластеры биосинтетических генов у новых видов. --- ## Цепочки создания стоимости и производственные конвейеры ### Промышленный конвейер создания эталонного генома (Стандарты EBP) ``` ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 1. Tissue Sampling │ ───> │ 2. UHMW DNA Extraction │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ │ ▼ ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 4. Bioinformatics Assembly│ <─── │ 3. Long-Read Sequencing │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ │ ▼ ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 5. Gene Annotation │ ───> │ 6. Public Release │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ ``` #### Этап 1: Отбор образцов тканей Полевые биологи собирают свежие образцы тканей, мгновенно замораживая их в жидком азоте для идеального сохранения целостности клеточной ДНК. #### Этап 2: Выделение ВМС (UHMW) ДНК Лаборатории используют специализированные магнитные нанодиски для бережного выделения сверхвысокомолекулярной ДНК без механического разрушения. #### Этап 3: Секвенирование длинных прочтений Выделенная ДНК обрабатывается в системах Nanopore или PacBio, генерируя массивные наборы данных непрерывных мульти-килобазных прочтений. #### Этап 4: Биоинформатическая сборка Суперкомпьютеры запускают сложные графовые алгоритмы для объединения прочтений, используя данные Hi-C для формирования из контигов целых хромосом. #### Этап 5: Аннотация генов Автоматизированные конвейеры ИИ сканируют собранные хромосомы для выявления генов, регуляторных элементов и структурных вариаций. #### Этап 6: Публичный релиз Полностью курируемый высококачественный эталонный геном загружается в центральные базы данных, такие как GenBank или ENA, для открытого научного доступа.