Genomics: driving bio-innovation for challenges like climate change

As we approach the difficult two-year mark of the COVID-19 pandemic in Canada against a backdrop of ongoing suffering and uncertainty, genomics continues to play a critical role in evolving pandemic responses. Through an unparalleled coordinated pan-Canadian effort—the Canadian COVID-19 Genomics Network (CanCOGeN)—genomics data is helping track virus transmission across the country, understand host responses, inform policy decisions in real time and guide testing and tracing strategies, vaccine development and drug treatments—ultimately protecting the health of Canadians.

An early mover in genomics science and innovation, Canada is now a global leader. At Genome Canada, our COVID-19 response through CanCOGeN has shown the transformational impact of genomics when we make it our goal to work across the genomics ecosystem and translate the ideas and technologies generated through research and innovation into tangible impacts for Canada. That’s why we have adopted a challenge-based approach to mobilize Canada’s genomics research capacity and strengths to help solve other complex health, economic, social and environmental global challenges.

As we come out of this global health pandemic we must confront the other great global challenge of our generation: climate change.

How can genomics contribute to efforts to solve this problem?

There is already significant work happening in Canada, generating powerful impacts that harness genomic science and innovation on understanding, mitigating and strengthening our resilience to global climate change and moving towards a net-zero carbon future for Canada. Perhaps it’s not well known that the Canadian genomics ecosystem has provided innovative solutions in the following areas:

• cutting pollution from the oil and gas and mining sectors through, for example, developing monitoring tools and innovative biological solutions to better control contaminants in waste water;
• advancing climate-smart agriculture to increase resilient production of crops;
• developing pest- and climate-resistant trees;
• reducing methane emissions of dairy cattle;
• breeding Atlantic salmon and shellfish resistant to climate change; and
• driving biodiversity monitoring, surveillance and management.

Furthermore, the Canadian genomics community is among world leaders in this field and is ready to respond. In a series of three roundtables and a public townhall last fall with the national and international genomics community and other partners, we explored some key questions: What will the future of Canadian genomics look like? How will we get there? What are the opportunities and challenges? What must be in place to achieve success? Participants emphasized the need for better and sustained coordination of the genomics ecosystem to meet common goals or solve grand challenges. Among major challenges, climate change was identified as a leading issue where genomics could have a major impact in the short- and medium-term if we could quickly mobilize the scientific, human resource, infrastructure and data capacity already present in the Canadian genomics community.

Finally, global challenges need a broad, cross-sectoral, coordinated approach—with all hands on deck. Climate change is a cross-cutting federal policy priority with a commitment to reach net-zero by 2050 and a more ambitious target to reduce emissions by 40-45% from 2005 levels by 2030. Recent COP26 commitments focus on reducing methane, oil and gas emissions and scaling up action on oceans, forests and “nature-based solutions”. Individual departments will advance aligned climate actions through a green agricultural plan, a blue economy strategy and the two billion trees initiative. Canada is allocating at least 20% of its $5.3 billion climate finance commitment to nature-based climate solutions with biodiversity co-benefits in developing countries over the next five years. Organizations and institutions across the country are mobilizing to support these efforts, and genomics has an important part to play as part of the broad, societal response.

Looking forward, the use and implementation of genomic technologies to help mitigate and adapt to climate change is vast. Genomics will contribute meaningfully to bioremediation, biodiversity monitoring and surveillance, and biological innovation for carbon and methane capture, use and storage, to drive emissions reduction; explore ways to develop and scale genomics-enabled pest- and climate-resistant tree varieties to support the planting of two billion trees; help expand biomanufacturing through biomass and bioproducts research and innovation; and continue to improve agricultural practices to make crops more resilient to a changing climate and accelerate climate-smart export agriculture. We have invested in fundamental genomics research for more than 20 years—that investment allows us to apply our knowledge, technologies and people to confront the major challenges of our time.

As with all Genome Canada initiatives—whether on COVID, precision health, or climate change—our work will be informed by and co-created with a diverse set of stakeholders, communities and end users across Canada to ensure it equitably and inclusively benefits everyone and to ensure the technology is deployed responsibly and for maximum benefit. An impact-focused, challenge-driven approach helps Genome Canada ensure the power and promise of genomics will be shared by all of us.

Co-Authored by Genome Canada President and CEO, Dr. Rob Annan, and Chief Scientific Officer, Dr. Catalina Lopez-Correa. Genome Canada is a national not-for-profit organization that addresses Canada’s greatest challenges and opportunities through research and innovation in genomics and associated biosciences. With a 21-year track record of impact across communities, a pan-Canadian network of six regional Genome Centres, and strong partnerships across the public, private, non-profit and academic sectors at home and internationally, we work to translate research into real-world solutions in health, climate action and food security.    

La génomique : moteur de la bio-innovation pour des défis tels que les changements climatiques

Alors que nous approchons du difficile anniversaire des deux ans de la pandémie de COVID-19 au Canada, dans un contexte de souffrance et d’incertitude permanentes, la génomique continue de jouer un rôle essentiel dans l’évolution des interventions face aux pandémies. Grâce à un effort pancanadien coordonné sans précédent, le Réseau canadien de génomique COVID-19 (RCanGéCO), les données génomiques aident à suivre la transmission du virus à l’échelle du pays, à comprendre les réponses de l’hôte, à éclairer les décisions en matière de politique en temps réel et à orienter les stratégies de dépistage et de recherche des contacts, la mise au point de vaccins et les traitements médicamenteux, protégeant ainsi la santé des Canadiens.

Le Canada, qui a été l’un des premiers à s’intéresser à la science et à l’innovation de la génomique, est aujourd’hui un chef de file mondial. À Génome Canada, notre intervention contre la COVID-19 dans le cadre du RCanGéCO a démontré l’incidence transformationnelle de la génomique lorsque nous nous fixons comme objectif de travailler dans l’ensemble de l’écosystème de la génomique et de transposer les idées et les technologies générées par la recherche et l’innovation en retombées tangibles pour le Canada. C’est pourquoi nous avons adopté une approche fondée sur les défis afin de mobiliser les capacités et les forces du Canada en matière de recherche en génomique pour aider à résoudre d’autres défis mondiaux complexes dans les domaines de la santé, de l’économie, de la société et de l’environnement.

Au sortir de cette crise sanitaire mondiale, nous devons affronter l’autre grand défi mondial de notre génération : les changements climatiques.

Comment la génomique peut-elle contribuer aux efforts visant à résoudre ce problème?

D’importants travaux sont déjà en cours au Canada. Misant sur la science et l’innovation de la génomique, ils ont une incidence considérable sur la compréhension, l’atténuation des changements climatiques mondiaux, le renforcement de notre résilience face à ceux-ci et sur l’évolution vers un avenir carboneutre pour le Canada. Peut-être ignore-t-on que l’écosystème canadien de la génomique a fourni des solutions novatrices dans les domaines suivants :

• réduction de la pollution provenant des secteurs pétrolier, gazier et minier en mettant au point, par exemple, des outils de surveillance et des solutions biologiques innovantes pour mieux maîtriser les contaminants dans les eaux usées;
• avancement de l’agriculture adaptée au climat pour augmenter la production résiliente de cultures;
• création d’arbres résistants aux parasites et au climat;
• réduction des émissions de méthane des bovins laitiers;
• élevage de saumons de l’Atlantique et de mollusques résistants aux changements climatiques;
• progression du suivi, de la surveillance et de la gestion de la biodiversité.

De plus, la communauté canadienne de la génomique fait partie des chefs de file mondiaux dans ce domaine et est prête à réagir. Dans le cadre d’une série de trois tables rondes et d’une séance de discussion ouverte l’automne dernier avec la communauté nationale et internationale de la génomique et d’autres partenaires, nous nous sommes penchés sur certaines questions clés, à savoir : à quoi ressemblera l’avenir de la génomique canadienne? Comment allons-nous y arriver? Quels sont les possibilités et les défis? Que faut-il mettre en place pour réussir? Les participants ont souligné la nécessité d’une meilleure coordination soutenue de l’écosystème de la génomique pour atteindre des objectifs communs ou relever de grands défis. Parmi les principaux défis, les changements climatiques ont été cités comme un enjeu majeur où la génomique pourrait avoir une incidence importante à court et à moyen terme si nous pouvions mobiliser rapidement les capacités scientifiques, les ressources humaines, les infrastructures et les données déjà présentes dans la communauté canadienne de la génomique.

Enfin, les défis mondiaux requièrent une approche large, intersectorielle et coordonnée, et tout le monde doit mettre l’épaule à la roue. Les changements climatiques sont une priorité politique fédérale transversale, un engagement ayant été pris afin d’atteindre une carboneutralité d’ici 2050, et un objectif plus ambitieux de réduire les émissions de 40 à 45 % par rapport aux niveaux de 2005 d’ici 2030 ayant été fixé. Les récents engagements pris lors de la COP26 sont axés sur la réduction des émissions de méthane, de pétrole et de gaz et sur l’intensification des mesures relatives aux océans, aux forêts et aux « solutions fondées sur la nature ». Les différents ministères feront progresser l’action climatique alignée grâce à un plan d’agriculture durable, à une stratégie d’économie bleue et à l’initiative de plantation de deux milliards d’arbres. Au cours des cinq prochaines années, le Canada allouera au moins 20 % de son engagement de 5,3 milliards de dollars en matière de financement climatique à des solutions climatiques fondées sur la nature et présentant des avantages connexes pour la biodiversité dans les pays en développement. Des organisations et des institutions de tout le pays se mobilisent pour soutenir ces efforts, et la génomique a un rôle important à jouer dans le cadre de la réponse sociétale générale.

Pour l’avenir, l’utilisation et la mise en œuvre des technologies génomiques pour aider à atténuer les changements climatiques et à s’y adapter sont vastes. La génomique contribuera de manière significative à la biorestauration, au suivi et à la surveillance de la biodiversité, ainsi qu’à l’innovation biologique pour le captage, l’utilisation et le stockage du carbone et du méthane, afin de favoriser la réduction des émissions; elle étudiera les moyens de créer et de mettre à l’échelle des variétés d’arbres résistantes aux parasites et au climat grâce à la génomique, afin d’appuyer la plantation de deux milliards d’arbres; elle contribuera à élargir la biofabrication grâce à la recherche et à l’innovation dans le domaine de la biomasse et des bioproduits; et elle continuera à améliorer les pratiques agricoles afin de rendre les cultures plus résistantes aux changements climatiques et d’accélérer l’agriculture d’exportation adaptée au climat. Nous investissons dans la recherche fondamentale en génomique depuis plus de 20 ans. Cet investissement nous permet d’appliquer nos connaissances, nos technologies et notre personnel pour relever les grands défis de notre époque.

Comme c’est le cas pour toutes les initiatives de Génome Canada, qu’il s’agisse de la COVID-19, de la santé de précision ou des changements climatiques, notre travail sera éclairé par un ensemble diversifié d’intervenants, de communautés et d’utilisateurs finaux partout au Canada et sera créé en collaboration avec eux afin de s’assurer qu’il profite équitablement et inclusivement à tous et que la technologie est déployée de façon responsable et de façon à permettre d’en tirer le maximum d’avantages. Une approche axée sur les incidences et les défis aide Génome Canada à s’assurer que le pouvoir et la promesse de la génomique seront partagés par nous tous.

Cosigné par le président et chef de la direction de Génome Canada, le D^r Rob Annan, et la conseillère scientifique en chef, la D^re Catalina Lopez-Correa. Génome Canada est un organisme national sans but lucratif qui s’attaque aux plus grands défis et aux plus grandes possibilités du Canada par la recherche et l’innovation en génomique et dans les biosciences connexes. Forts d’un bilan de 21 ans d’influence sur les communautés, d’un réseau pancanadien de six centres de génomique régionaux et de solides partenariats dans les secteurs public, privé, sans but lucratif et universitaire au Canada et à l’étranger, nous nous efforçons de traduire la recherche en solutions concrètes dans les domaines de la santé, du climat et de la sécurité alimentaire.