Construir um importante recurso genômico no continente para ajudar criadores e conservacionistas.
O peixe dorminhoco (Bostrychus africanus) é um alimento básico na África Ocidental. Colhê-los fornece uma importante fonte de renda para centenas de comunidades em todo o Golfo da Guiné, no Oceano Atlântico. No entanto, pouco se sabe sobre a genética desse peixe – informações cruciais para proteger sua diversidade genética e aumentar sua resiliência diante das mudanças climáticas e outras pressões.
Esta situação é muito familiar em toda a África. Considere as culturas órfãs, que têm um papel crucial na segurança alimentar regional, mesmo que normalmente não sejam comercializadas internacionalmente. Mais de 50% delas não tiveram seus genomas sequenciados – da abóbora canelada (Telfaria occidentalis) ao feijão marama (Tylosema esculentum). O mesmo se aplica a mais de 95% das espécies ameaçadas de extinção conhecidas do continente (ver ‘Genomas negligenciados da África’).
Além disso, pela nossa estimativa, cerca de 70% dos cerca de 35 projetos que se concentraram em estudar, conservar ou melhorar a diversidade biológica na África nos últimos 15 anos foram liderados de fora do continente. De fato, entre os genomas de plantas sequenciados globalmente nos últimos 20 anos, quase todas as espécies africanas foram sequenciadas em outros lugares – principalmente nos Estados Unidos, China e Europa1. Este offshoring retarda a tão necessária construção de conhecimentos e recursos em genômica e bioinformática na África (ver “África deixada de fora dos esforços globais de genômica”).
O African BioGenoma Project (AfricaBP) é um esforço para sequenciar os genomas de 105.000 espécies endêmicas: plantas, animais, fungos, protistas e outros eucariotos. Atualmente envolve 109 cientistas africanos (87 dos quais trabalham na África) e 22 organizações africanas.
Este repositório de genomas de referência – construídos na África, para a África – ajudará os criadores de plantas e animais a produzir sistemas alimentares resilientes e sustentáveis. Ele informará a conservação da biodiversidade em todo o continente. E fortalecerá a capacidade de África de cumprir os objetivos do quadro de biodiversidade global pós-2020 da Convenção sobre Biodiversidade (CDB). Essas metas, uma das quais é manter pelo menos 90% da diversidade genética para todas as espécies conhecidas até 2030, devem ser acordadas no próximo mês em uma reunião em Kunming, na China.
A ÁFRICA FOI AFASTADA DOS ESFORÇOS GLOBAIS DE GENÔMICA
A maioria dos projetos que visam estudar, conservar ou melhorar a diversidade biológica na África tem sido liderada por pesquisadores de fora do continente.
Projetos para sequenciar a biodiversidade raramente atendem às necessidades das pessoas na África ou se alinham com as agendas científicas de seus países (como em tecnologias agrícolas). Pegue o Projeto Genoma Humano. Menos de 2% dos genomas analisados nas duas décadas desde o início do projeto são de indivíduos africanos, embora a África abrigue mais diversidade genética humana do que qualquer outro continente.
Os pesquisadores africanos que contribuem para a coleta de dados em tais projetos nem sempre são creditados por seu trabalho. Um estudo de 2021 revelou que cerca de 15% dos 32.061 artigos sobre pesquisa em saúde global realizados na África Subsaariana não tinham autores baseados no país em que a pesquisa foi realizada.
Atualmente, a Colaboração Internacional de Banco de Dados de Sequência de Nucleotídeos, a infraestrutura central para a coleta e compartilhamento de dados e metadados de sequência de nucleotídeos do mundo, nomeia apenas aqueles que enviaram amostras ou dados de sequência, não os principais proprietários ou guardiões da amostra. Na prática, isso significa que, se um cientista africano coleta amostras de rãs Bioko (Athroleptis bioko) na Guiné Equatorial, por exemplo, e as envia para um colega no Canadá que, em seguida, envia uma sequência para o banco de dados, apenas o pesquisador canadense receberá reconhecimento dos dados. Esforços recentes do consórcio e de outros ajudarão a resolver algumas dessas lacunas. Até dezembro deste ano, o consórcio tornará obrigatório para quem enviar dados de sequência declarar o país ou região em que a amostra foi coletada. Mas ainda não está claro se o crédito dado aos custodiantes da amostra será semelhante ao dos remetentes da amostra.
Além da falta de reconhecimento, os pesquisadores africanos raramente têm acesso aos dados que ajudam a coletar, nem recebem benefícios relacionados – seja de royalties resultantes de descobertas específicas em genética, ou decorrentes de avanços tecnológicos e crescimento da capacidade científica que tais projetos pode trazer.
Por exemplo, durante a epidemia de Ebola de 2014 na África Ocidental, cerca de 269.000 amostras de sangue foram obtidas de pacientes para diagnóstico. Milhares dessas amostras foram enviadas para o exterior, inclusive para a Europa e América do Norte. Nenhum dos pesquisadores de genômica que trabalham na África sabe onde essas amostras estão agora alojadas19 e, até onde a comunidade africana de genética humana sabe, os fornecedores de amostras nunca receberam os resultados de suas coletas de sangue.
Um projeto piloto AfricaBP foi lançado em junho de 2021. Nele, os pesquisadores estão sequenciando 2.500 espécies indígenas africanas, incluindo a cobra cega de bico de Boyle (Rhinotyphlops boylei) do sul da África e o mangue vermelho (Rhizophora mangle) da Nigéria. Eles também estão mapeando as questões éticas, legais e sociais levantadas por um grande projeto de sequenciamento de biodiversidade – por causa de sensibilidades culturais em torno de certas espécies, ou questões sobre quem tem acesso aos dados e quem se beneficia de quaisquer descobertas resultantes.
Para que o AfricaBP seja ampliado e sustentado na próxima década, as agências e organizações precisam alocar investimentos de longo prazo para o projeto. Esses grupos incluem a Comissão da União Africana, agências científicas nacionais e regionais (como a Academia Africana de Ciências) e parceiros e organizações internacionais, incluindo a Fundação Nacional de Ciências dos EUA e o financiador de pesquisa do Reino Unido Wellcome. Pelos nossos cálculos, isso exigirá pelo menos US$ 10
Para que o AfricaBP seja ampliado e sustentado na próxima década, as agências e organizações precisam alocar investimentos de longo prazo para o projeto. Esses grupos incluem a Comissão da União Africana, agências científicas nacionais e regionais (como a Academia Africana de Ciências) e parceiros e organizações internacionais, incluindo a Fundação Nacional de Ciências dos EUA e o financiador de pesquisa do Reino Unido Wellcome. Pelos nossos cálculos, isso exigirá pelo menos US$ 100 milhões por ano durante os próximos 10 anos (ver ‘AfricaBP: estrutura e custos’).
Alguns podem argumentar que US$ 1 bilhão seria melhor gasto no combate à desnutrição e doenças em comunidades pobres em toda a África. No entanto, considere o Projeto Genoma Humano, que custou cerca de US$ 3 bilhões em 2003. Em 2019, somente o setor de genética e genômica humana estava contribuindo com US$ 265 bilhões anualmente para a economia dos EUA2. Da mesma forma, o Banco Mundial investiu milhões de dólares em preparação para surtos a partir de 2017, alguns dos quais foram usados para financiar o Centro Africano de Excelência para Genômica de Doenças Infecciosas em Ede, Nigéria. Este investimento significou que a África estava muito melhor equipada para enfrentar os desafios apresentados pela pandemia de COVID-19.
AFRICABP: ESTRUTURA E CUSTOS
O Projeto BioGenoma Africano (AfricaBP) envolverá pesquisadores e organizações de todas as regiões econômicas da União Africana e custará US$ 100 milhões por ano.
A AfricaBP reunirá 55 pesquisadores e formuladores de políticas africanos de genômica, bioinformática, biodiversidade e agricultura – 11 para cada uma das 5 regiões geográficas da União Africana (norte, leste, sul, centro e oeste da África). Outras 165 pessoas estarão envolvidas no projeto (33 para cada região geográfica), incluindo pesquisadores acadêmicos e industriais, formuladores de políticas e funcionários de organizações governamentais, como o Instituto Nacional de Pesquisa Agropecuária do Marrocos.
Em última análise, essas pessoas irão alimentar as sequências do genoma em várias instalações nacionais ou regionais. Estes incluem o Banco Nacional de Genes da Tunísia, que está usando a genética para promover a conservação e o uso sustentável de plantas, animais, fungos e protistas da África, e o Centro Internacional para Pesquisa e Desenvolvimento em Pecuária na Zona Subúmida em Bobo-Dioulasso, Burkina Faso, que foi criado em 1994 para reduzir a pobreza, melhorando a segurança alimentar e nutricional.
Estimamos que a produção de genomas de referência de alta qualidade para cerca de 105.000 espécies endêmicas africanas custará cerca de US$ 850 milhões para sequenciar e cerca de US$ 20 milhões para armazenar, baixar, transferir e processar os dados (usando computação de alto desempenho e uma combinação de plataformas em nuvem) .
Alcançamos essa soma usando nossa estimativa de tamanhos médios de genoma para plantas e animais – 2,5 e 1,5 gigabases, respectivamente – e porque o custo médio por espécie por gigabase é de US$ 4.200 (levando em consideração as diferenças de preço entre a América do Norte e a África para consumíveis, remessas e outras despesas gerais). Estimamos os custos da coleta de amostras, incluindo autorizações, consultas e workshops, em US$ 41 milhões. Por fim, usando a Newton International Fellowship como referência, as bolsas de pesquisa em início de carreira da AfricaBP custarão cerca de US$ 90 milhões ao longo de um período de 10 anos.
Espécies marginalizadas
Milhares de espécies africanas foram ignoradas pela comunidade genômica global. Apenas 20 dos 798 genomas de plantas sequenciados globalmente nos últimos 20 anos são nativos da África1, por exemplo. No entanto, somente a África Subsaariana, que abriga pelo menos 45.000 espécies de plantas3, é o segundo maior contribuinte para a diversidade global de plantas depois da América do Sul. No ano passado, pesquisadores relataram que 60% dessas espécies são endêmicas e que muitas podem ter aplicações potenciais na agricultura ou no desenvolvimento de medicamentos. Evidências sugerem, por exemplo, que o gengibre africano (Siphonochilus aethiopicus) poderia ser usado para tratar asma e gripe, entre outras condições.
A maior parte da experiência em genômica e bioinformática que existe em toda a África, incluindo as instalações de sequenciamento, está concentrada em organizações privadas e não governamentais, como a Inqaba Biotechnical Industries em Pretória, África do Sul, e a Redeemer’s University na Nigéria. Isso significa que, embora os institutos nacionais de pesquisa tenham a responsabilidade de definir a agenda científica do país, as ferramentas necessárias para realmente melhorar a saúde pública, a agricultura e a conservação estão fora de seu controle.
A AfricaBP focará nas espécies africanas endêmicas que têm significado econômico, científico e cultural para as comunidades africanas.
O investimento sustentado do governo em genômica – incluindo a criação de cargos universitários permanentes – ajudará a garantir que os cientistas africanos que receberam treinamento por meio de projetos de genômica coordenados pela África permaneçam na África.
A expansão nacional e regional da coleta de amostras de tecidos, identificação taxonômica, biobanco de amostras e catalogação de metadados tornará muito mais fácil para os pesquisadores monitorar as espécies – e, em última análise, protegê-las. Espécies descobertas como resultado do projeto de genômica podem ser adicionadas às metas da CBD 2030.
Por último, se a Comissão da União Africana incluir o AfricaBP no conjunto de esquemas que está a apoiar actualmente, o projecto poderá permitir à comissão atingir pelo menos três dos objectivos de desenvolvimento contidos na Agenda 2063 da União Africana: A África que Queremos. São eles: o uso de técnicas e tecnologias modernas para aumentar a produtividade agrícola de forma sustentável; o uso sustentável dos recursos oceânicos para impulsionar o crescimento econômico; e o desenvolvimento de economias ambientalmente sustentáveis e resilientes ao clima. (A Agenda 2063 é o plano para a transformação do continente em uma potência global, conforme estabelecido pelos líderes dos 55 estados membros da União Africana em 2013.)
Principais prioridades
O AfricaBP reunirá instituições, países e corporações nacionais e regionais, incluindo infraestruturas genômicas já reconhecidas, como o Instituto Nacional de Pesquisa Biomédica em Kinshasa, na República Democrática do Congo. O projeto tem três objetivos principais.
Melhorar os sistemas alimentares.
O primeiro objetivo é fornecer um recurso que permita aos criadores de plantas e animais usar várias abordagens (desde a reprodução convencional até a edição de genes) para construir sistemas alimentares resilientes e sustentáveis. Uma análise do genoma de 2021 de 245 galinhas indígenas etíopes, por exemplo, revelou a base genética de várias adaptações que permitem que as galinhas tolerem condições ambientais adversas (de temperaturas frias à escassez de água) – informações cruciais para produtores de aves em todo o mundo. Para ajudar a atingir este objetivo, a AfricaBP fará parceria com a African Plant Breeding Academy e a African Animal Breeding Network, ambas estabelecidas na última década para melhorar o treinamento e as práticas de pesquisa dos criadores africanos.
Melhorar a conservação.
O segundo objetivo é tornar mais fácil para os pesquisadores identificar espécies e populações em risco de extinção e projetar e implementar estratégias eficazes de conservação. Um estudo de 2020 sobre a estrutura genética das populações de elefantes da savana africana, por exemplo, revelou que a sobrevivência a longo prazo dos elefantes requer o estabelecimento de pelo menos 14 corredores de vida selvagem entre 16 das áreas protegidas na Tanzânia. Da mesma forma, um estudo do genoma de 13 indivíduos representando 2 subespécies de gorilas orientais mostrou que a endogamia levou à eliminação de mutações recessivas severamente prejudiciais de uma das subespécies (Gorilla beringei beringei, ou gorilas da montanha). O acúmulo de tais mutações prejudiciais nos gorilas orientais nos últimos 100.000 anos reduziu sua resiliência às mudanças ambientais e à evolução dos patógenos.
Há também inconsistências na forma como o Protocolo de Nagoya é aplicado em diferentes países. As directrizes da União Africana para a implementação do Protocolo de Nagoya em África estabelecem que os países que não são partes no Protocolo de Nagoya devem ter o acesso negado aos recursos genéticos de outros estados membros africanos. Mas apenas alguns países seguem isso; A África do Sul concede a terceiros acesso aos recursos genéticos do país, enquanto a Etiópia não.
Da mesma forma, nem todos os países exigem que os pesquisadores que desejam extrair recursos genéticos consultem os protocolos comunitários. Isso inclui as regras e padrões em torno do manuseio de espécimes biológicos – conforme estabelecido pelas comunidades sob a orientação dos guardiões das leis consuetudinárias (chefes locais e chefes de comunidade). Esses guardiões, por sua vez, trabalham em estreita colaboração com os governos estaduais e nacionais; às vezes, os protocolos comunitários se referem a leis estaduais, nacionais ou internacionais. No Benin, por exemplo, esses protocolos estabelecem que os pesquisadores não podem entrar na floresta Gbévozoun ou tirar qualquer espécime dela porque ela abriga a divindade Gbévo, que protege a comunidade.
Em última análise, é responsabilidade da Comissão da União Africana melhorar e harmonizar os tratados e diretrizes sobre dados e repartição de benefícios. Isso tornaria mais fácil para os pesquisadores da AfricaBP obter licenças de amostragem, de acordo com o Protocolo de Nagoya e acordos de transferência de materiais (os documentos legais necessários para enviar materiais biológicos de uma organização para outra, ou de um país para outro).
Mas o AfricaBP permitirá que a União Africana, a CDB e outras agências africanas, como a Academia Africana de Ciências, integrem informações genômicas em sua formulação de políticas em torno da diversidade biológica em toda a África. Isso por si só aumentará a conscientização sobre o Protocolo de Nagoya e, assim, incentivará uma maior harmonização em seu uso.
Além disso, os 109 cientistas que defendem a AfricaBP irão coordenar com o Grupo Africano de Negociadores sobre Biodiversidade (pesquisadores, formuladores de políticas e outras partes interessadas que representam o continente nas negociações da CDB) para garantir que as informações de sequenciamento sejam especificamente incluídas na estrutura global de biodiversidade pós-2020.
Melhore o compartilhamento de dados e benefícios.
O terceiro objetivo é dar início a um processo em que os acordos multilaterais existentes em torno do compartilhamento de dados sejam aprimorados e harmonizados em todo o continente – para garantir que os benefícios derivados dos recursos genéticos sejam compartilhados de forma equitativa em toda a África.
Em 2010, as nações adotaram o Protocolo de Nagoya sobre Acesso e Compartilhamento de Benefícios para garantir que os benefícios decorrentes do uso de recursos biológicos sejam compartilhados de forma justa. Certamente, qualquer benefício derivado dos recursos genéticos obtidos através da AfricaBP deve ser compartilhado pelos povos da África – seja uma variedade superior de beterraba sacarina resistente à seca (Beta macrocarpa Guss) ou uma nova droga derivada da planta rooibos (Aspalathus linearis ).
Conforme escrito, no entanto, o Protocolo de Nagoya tem lacunas quando se trata da África. Não leva em conta os costumes e práticas dos diversos grupos étnicos em todo o continente. Isso pode não ser documentado ou escrito em lei, mas moldou a forma como as pessoas interagem com certas plantas ou animais por centenas – às vezes milhares – de anos. Na África Ocidental, por exemplo, algumas comunidades proíbem o corte ou danos às árvores iroko, que se acredita terem poderes sobrenaturais.
Há também inconsistências na forma como o Protocolo de Nagoya é aplicado em diferentes países. As directrizes da União Africana para a implementação do Protocolo de Nagoya em África estabelecem que os países que não são partes no Protocolo de Nagoya devem ter o acesso negado aos recursos genéticos de outros estados membros africanos. Mas apenas alguns países seguem isso; A África do Sul concede a terceiros acesso aos recursos genéticos do país, enquanto a Etiópia não.
Da mesma forma, nem todos os países exigem que os pesquisadores que desejam extrair recursos genéticos consultem os protocolos comunitários. Isso inclui as regras e padrões em torno do manuseio de espécimes biológicos – conforme estabelecido pelas comunidades sob a orientação dos guardiões das leis consuetudinárias (chefes locais e chefes de comunidade). Esses guardiões, por sua vez, trabalham em estreita colaboração com os governos estaduais e nacionais; às vezes, os protocolos comunitários se referem a leis estaduais, nacionais ou internacionais. No Benin, por exemplo, esses protocolos estabelecem que os pesquisadores não podem entrar na floresta Gbévozoun ou tirar qualquer espécime dela porque ela abriga a divindade Gbévo, que protege a comunidade.
Em última análise, é responsabilidade da Comissão da União Africana melhorar e harmonizar os tratados e diretrizes sobre dados e repartição de benefícios. Isso tornaria mais fácil para os pesquisadores da AfricaBP obter licenças de amostragem, de acordo com o Protocolo de Nagoya e acordos de transferência de materiais (os documentos legais necessários para enviar materiais biológicos de uma organização para outra, ou de um país para outro).
Mas o AfricaBP permitirá que a União Africana, a CDB e outras agências africanas, como a Academia Africana de Ciências, integrem informações genômicas em sua formulação de políticas em torno da diversidade biológica em toda a África. Isso por si só aumentará a conscientização sobre o Protocolo de Nagoya e, assim, incentivará uma maior harmonização em seu uso.
Além disso, os 109 cientistas que defendem a AfricaBP irão coordenar com o Grupo Africano de Negociadores sobre Biodiversidade (pesquisadores, formuladores de políticas e outras partes interessadas que representam o continente nas negociações da CDB) para garantir que as informações de sequenciamento sejam especificamente incluídas na estrutura global de biodiversidade pós-2020.
Atualmente, o Protocolo de Nagoya especifica que “amostras biológicas” podem ser trocadas por treinamento científico ou transferência de tecnologia. A inclusão de informações de sequenciamento significaria que pesquisadores em início de carreira que são membros de uma comunidade indígena, como o povo Amhara na Etiópia, poderiam negociar para receber treinamento em sequenciamento e análise de genoma se pesquisadores da África do Sul, digamos, quisessem coletar tecidos amostras de seu país.
Por último, todos os envolvidos no projeto AfricaBP – agora e na próxima década – envolverão os chefes locais e outros guardiões do conhecimento tradicional no projeto desde o início. Uma maneira de os pesquisadores se envolverem com as comunidades locais ou povos indígenas é por meio de reuniões mensais com funcionários do governo envolvidos nos Pontos Focais Nacionais de Acesso e Repartição de Benefícios da África. Esses indivíduos são especificamente encarregados de orientar a conformidade entre os produtores de recursos biológicos, como a comunidade beduína no Egito, e os usuários desses recursos, como pesquisadores do Instituto Pasteur de Túnis, na Tunísia. Outra maneira de conseguir isso é por meio de comitês de ética da AfricaBP pesquisando milhares de pessoas em uma determinada comunidade – como por meio de reuniões municipais, mensagens eletrônicas ou telecomunicações.
Fazendo acontecer
Desde 2009, US$ 22 milhões foram gastos na capacitação de bioinformática em toda a África por meio do projeto Rede Pan-Africana de Bioinformática para H3Africa (H3ABioNet) – inclusive por meio do treinamento de 150 pesquisadores em abordagens e tecnologias centrais de bioinformática. Mas cerca de 10 a 15% dos estagiários neste projeto liderado pela África se mudaram para a América do Norte ou Europa, e não há garantia de que eles retornarão. Além disso, o financiamento do H3ABioNet termina este ano e há poucos cargos permanentes para pessoal treinado em bioinformática em instituições africanas. Por isso, até 50% dos pesquisadores que receberam treinamento através do H3ABioNet podem deixar a África.
No caso do AfricaBP, cerca de 600 investigadores africanos elegíveis em início de carreira (aqueles que procuram doutoramento ou pós-doutoramento) receberão bolsas de 3 anos nos próximos 10 anos. Eles poderão trabalhar com os parceiros globais da AfricaBP, como o Wellcome Sanger Institute em Hinxton, Reino Unido, por meio de programas de intercâmbio. Mas eles serão baseados principalmente em instalações nacionais e regionais da AfricaBP, para garantir que quaisquer habilidades adquiridas sejam realimentadas no continente.
A computação baseada em nuvem e o armazenamento de dados precisarão ser coordenados para atender às necessidades regionais. Os programas de intercâmbio envolvendo parceiros da AfricaBP podem ajudar as regiões ou países que carecem de recursos; existem actualmente 87 infra-estruturas genómicas na África Austral, mas apenas 8 na África Central7, por exemplo. Estas seriam semelhantes às Bolsas Newton International, que permitem que pesquisadores estrangeiros em início de carreira trabalhem por dois anos em uma instituição do Reino Unido.
As 374 máquinas de sequenciamento de genoma HiFi da Pacific Biosciences de última geração que existem atualmente em todo o mundo (em 31 de dezembro de 2021) podem produzir dados de sequência de alta qualidade para mais de 350 espécies por dia. Mas embora a cidade de Cambridge, no Reino Unido, tenha sozinha 12 dessas máquinas, existem apenas 2 em todo o continente africano. Construir capacidade genômica no terreno é um grande desafio na África por causa da dificuldade de transportar amostras intactas em países com infraestrutura de transporte precária e climas quentes, e por causa do serviço de Internet caro e de baixa qualidade da África.
Para alcançar um feito de sequenciamento tão grande, os pesquisadores africanos precisam de tecnologias de genoma de última geração. Eles também precisam de tecnologias de sequenciamento móvel (embora menos precisas) que sejam menos dependentes de eletricidade e conectividade com a Internet, como a máquina MinION da Oxford Nanopore Technologies. Estes são facilmente transportáveis e podem ser usados em áreas remotas; eles são aproximadamente do tamanho de um telefone celular, enquanto as máquinas HiFi da Pacific Biosciences são aproximadamente do tamanho de uma geladeira doméstica.
Os 109 cientistas que lideram a AfricaBP estão atualmente em discussão com as principais instituições sobre o desenvolvimento de plataformas de sequenciamento móvel e laboratórios móveis integrados. De forma encorajadora, plataformas de computação portáteis e de baixo custo, como Raspberry Pi e eBioKit, já estão sendo usadas na África, por exemplo, na Makerere University em Kampala, Uganda, em programas de treinamento em bioinformática.
Pedimos a todas as agências africanas de ciências da vida que se juntem à AfricaBP. Também pedimos à Comissão da União Africana e à Academia Africana de Ciências que forneçam os fundos básicos – US$ 100 milhões por ano durante os próximos 10 anos. Na nossa opinião, este investimento será ofuscado pelos benefícios económicos e outros que resultarão das inovações e descobertas habilitadas pela AfricaBP.
Publicado em 17/03/2022 13h35
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