Oamenii de știință extrag ADN-ul animal din aer subțire | Ştiinţă

Oamenii de știință extrag ADN-ul animal din aer subțire |  Ştiinţă

Omul de știință danez Kristine Bohmann colectează mostre de aer la casa din pădurea tropicală de la Grădina Zoologică din Copenhaga.
Christian Bendix

Când geneticianul Elizabeth Clare a instalat anul trecut 70 de filtre mici în jurul Parcului Zoo Hamerton din Anglia, a existat un aer de speranță. Clare a proiectat capcanele pentru a colecta ADN-ul de pe cer, permițând oamenilor de știință să identifice animalele din fiecare incintă. Ceea ce nu a înțeles, totuși, a fost că un alt grup de oameni de știință, aflat la mai mult de 500 de mile distanță, efectua un experiment similar la Grădina Zoologică din Copenhaga. În mod independent și surprinzător, ambele echipe au avut succes.

Două noi studii de dovadă a conceptului sunt acum publicate în jurnal Biologie actuală a fost unul dintre primii care au arătat că mici fragmente de ADN din aer ar putea fi folosite pentru a identifica diferite specii. Metoda neinvazivă poate fi utilă în special pentru identificarea animalelor rare, invazive și altfel dificil de localizat. Descoperirea a fost făcută simultan de două grupuri independente de cercetare, unul cu sediul în Danemarca, iar celălalt cu sediul în Regatul Unit și Canada.

Animalele sălbatice sunt de obicei studiate prin vedere sau indirect după semnele pe care le lasă în urmă, cum ar fi blana, pene sau murdărie. Asta înseamnă că unele animale – în special animalele mici, rapide și timide – nu sunt adesea găsite în studiile tradiționale ale vieții sălbatice. Deoarece toate organismele vii aruncă ADN în mediul lor, cele două grupuri de cercetare speră că pot folosi astfel de urme genetice pentru a determina care animale sunt cele mai probabile să meargă undeva. „Am recunoscut amândoi că a fost o idee puțin nebună – am aspirat ADN-ul din rai”, a spus Clare, de la Universitatea York, Canada, care era la Universitatea Queen Mary din Londra când a condus lucrarea. . Studiul complementar a fost condus de Kristine Bohmann, un genomic de la Institutul Globe, Universitatea din Copenhaga.

Cercetările privind ADN-ul de mediu, numite eDNA, s-au dezvoltat rapid în ultimele două decenii, dar o mare parte din muncă se limitează la mediile acvatice. Colectarea ADN-ului din aer prezintă provocări diferite față de apă, deoarece concentrația de ADN din aer este adesea mai mică și mai neregulată amestec. Deoarece eDNA s-a dovedit a fi un instrument important pentru identificarea speciilor acvatice, echipele de cercetare sunt încântate să vadă dacă eDNA din aer poate fi folosit pentru a localiza animalele care locuiesc pe uscat și pentru a merge la grădinile zoologice locale pentru ajutor.

Una dintre cele mai mari provocări în lucrul cu eDNA din aer este evitarea contaminării din alte surse, care poate avea consecințe deranjante. „Grădina zoologică a devenit acest mediu perfect în care știm că tot ceea ce găsim sau pe care credem că vom găsi are o singură origine posibilă”, a spus Clare. „Laboratorul meu nu se ocupă de ADN-ul tigrului, așa că dacă găsim un tigru, nu există altă sursă”.

Pentru a determina dacă eADN-ul poate fi găsit în aer, cele două echipe au plasat filtre în incinte diferite de la grădina zoologică, inclusiv expoziții interioare și exterioare. Echipa lui Bohmann a colectat 40 de mostre de aer în trei locații din jurul grădinii zoologice din Copenhaga: casa din pădurea tropicală, grajdul de okapi și spațiul în aer liber dintre incinte pentru animale. De asemenea, au testat trei aparate diferite de prelevare a probelor de aer, inclusiv un aspirator personalizat pe bază de apă și două stiluri de ventilator și filtre. În funcție de echipamentul de colectare, orice material genetic care plutește liber de la obiecte precum pene, salivă și murdărie poate fi prins, în apă sterilizată sau pe o hârtie de filtru.

Grupul lui Clare a efectuat o procedură similară, dar a folosit doar un tip de pompă de aer pe care echipa o testase anterior în primul studiu pe șobolani alunițe goi. Ei au instalat dispozitive de prelevare de probe în mai multe locații diferite din jurul Parcului Zoo Hamerton. În timp ce grupul lui Clare își opera pompele pentru sesiuni de jumătate de oră, grupul lui Bohmann își conducea echipamentele de filtrare între 30 de minute și 30 de ore. Cele două echipe au dus probele înapoi în laboratoarele lor și au folosit o tehnică numită reacție în lanț a polimerazei (PCR) pentru a analiza secvența ADN. De acolo, au verificat ceea ce au găsit în baza de date publică. „Avem biblioteci cu cum arată matricele pentru animale și atunci poate fi ca jocul de cărți Go Fish”, a spus Clare.

Chiar dacă ambele grupuri au sperat că ideea lor ar putea funcționa, au fost totuși șocați de rezultatele lor. Din cele 40 de probe colectate de grupul lui Bohmann, au găsit cu succes 49 de specii, inclusiv mamifere, păsări, reptile și pești. „Nu știam că va funcționa bine”, a spus Bohmann. Când a văzut rezultatele, „nu i-a venit să creadă”, a spus Bohmann. „Au fost lacrimi și râs”. Ei au găsit, de asemenea, ADN de la specii locale în apropierea grădinii zoologice din Copenhaga, cum ar fi voleul de apă și veverița roșie.

Un vițel de rinocer alb maro lângă cornul mare al mamei sale

Un rinocer alb nou-născut s-a îndreptat spre mama sa la grădina zoologică din Copenhaga. Filtrele de la grădina zoologică captează ADN-ul din aer al acestei specii.

Niels Christian Vilmann / Ritzau Scanpix / AFP prin Getty Images

Echipa lui Clare a reușit să identifice ADN-ul de la peste două duzini de specii diferite de animale din mostrele lor, inclusiv tigri, lemuri și dingo. Cercetătorii au observat, de asemenea, specii indigene din apropiere, cum ar fi ariciul eurasiatic pe cale de dispariție.

În timp ce își făceau cercetările, echipele nu aveau cunoștințe reciproce despre munca celuilalt, dar după ce și-au găsit online lucrările de dovadă de concept pretipărite, ambele grupuri au decis să-și trimită manuscrisele pentru revizuire. „Este o nebunie că ambele grupuri au făcut aceleași studii în ambele domenii, dar a fost și o oportunitate unică”, a spus Bohmann.

Faptul că grupurile au luat căi diferite pentru a găsi un rezultat similar este deosebit de convingător, a spus Mark Johnson, care a studiat eDNA la Texas Tech University și nu a fost implicat în muncă. „Este foarte interesant să vedem cum ambele aceste roluri, realizate independent unul de celălalt, au dat, de fapt, aceleași rezultate”, a spus Johnson. „Adaugă puțin mai multă validare că ceea ce vedem este real.” Deși este optimist cu privire la viitorul eDNA din aer, Johnson spune că trebuie făcute multe salturi înainte ca tehnicile folosite de grădina zoologică în teren să poată fi utilizate. Colectarea eDNA în obiecte sălbatice adaugă multe variabile noi, iar zonele închise, cum ar fi peșterile, pot acumula material genetic diferit de zonele deschise, cum ar fi pășunile. „Următorul pas este să-l scoatem din grădina zoologică în mediul natural și să vedem ce putem găsi acolo”, a spus Johnson.

Clare și Bohmann se așteaptă că una dintre cele mai bune aplicații ale ADN-ului din aer ar putea fi măsurarea biodiversității în zone greu accesibile, cum ar fi găurile și peșterile. Fabian Roger, cercetător eDNA la ETH din Elveția, este încântat să vadă cum se poate aplica munca la studiul insectelor. „Avem foarte puține modalități de a-i monitoriza, în afară de a-i aresta și ucide”, a spus Roger, care nu a fost implicat în noul loc de muncă. Utilizarea eADN-ului pentru a detecta specii de insecte dintr-o probă de aer, mai degrabă decât prinderea lor în capcană, ar putea avansa rapid cercetarea entomologiei. Tehnica poate detecta, de asemenea, oamenii de știință prezența sau răspândirea unei specii invazive. La fel ca Clare și Bohmann, Roger nu vede eDNA din aer ca un înlocuitor pentru metodele tradiționale de monitorizare, ci ca un alt instrument pe care îl pot folosi. „Știința biodiversității este o situație care se ocupă de toate mâinile pe punte. Nu este una pe una, sau una sau alta”, a spus Roger.

Într-un domeniu care crește atât de rapid în cercetarea eDNA, există multe necunoscute. Clare și Bohmann nu erau siguri dacă eADN-ul obținut din aer ar putea oferi informații despre o populație de specie sau chiar despre numărul total de animale individuale dintr-un mediu. Oamenii de știință nu sunt, de asemenea, siguri cât de repede este deteriorat ADN-ul odată ce este expus sau cât de mult trebuie să fie o specie într-un mediu înainte de a putea fi detectată de eADN-ul din aer. În ciuda provocărilor în fața lor, Bohmann și Clare speră că eDNA din aer poate transforma studiul biodiversității.

„S-ar putea să fie ca și cum acesta este cursul lucrurilor de acum înainte, că oamenii vor merge pur și simplu și vor colecta filtre de aer și vor diagnostica o pădure”, a spus Clare. „Într-o oarecare măsură, este o ficțiune științifico-fantastică, dar acum devine și un fapt științific – și asta e grozav”.

.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *