DNS direkt aus der Luft saugen
Die biologische Vielfalt ist weltweit stark rückläufig. Die Ausdehnung, Ausbeutung und Umgestaltung des Planeten durch den Menschen – auch über den Klimawandel – bedroht die Natur. Um dieser drohenden Katastrophe entgegenzuwirken, muss zunächst bekannt sein, was noch vorhanden ist und wie sich das Leben auf der Erde verändert. Gängige Überwachungsmethoden können zeitaufwändig und teuer sein. Ein vielversprechendes neues Verfahren ist die Umwelt-DNS, eine Methode, die auf der Grundlage der von Pflanzen, Tieren und anderen Lebensformen hinterlassenen DNS Aufschluss darüber geben kann, was an einem bestimmten Ort existiert. Während sich die Umwelt-DNS-Analyse als leistungsfähiges Instrument für die Überwachung aquatischer Ökosysteme erwiesen hat, war ihr wirksamer Einsatz an Land aufgrund der starken Verteilung auf Oberflächen schwieriger zu erreichen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts AIRDNA untersuchte Fabian Roger(öffnet in neuem Fenster), Postdoktorand an der ETH Zürich, eine neue Technologie zur Erfassung von Umwelt-DNS von Tieren und anderen Taxa mithilfe von Luftprobensammlern. „Einer der Gründe, warum DNS-Proben aus der Luft so vielversprechend sind, ist die Tatsache, dass man die Luft als Wasser über dem Land betrachten kann“, sagt Roger, Mitglied des Forschungsteams von Kristy Deiner(öffnet in neuem Fenster), Assistenzprofessorin am Departement Umweltsystemwissenschaften der ETH Zürich. „Die DNS und die Partikel, die sie tragen, sind so klein, dass sie in der Luft schwimmen, wodurch wir eine gut durchmischte repräsentative Probe erhalten, ähnlich wie bei Wasser“, fügt er hinzu.
Luftprobensammler testen
Ein Projektziel war es, eine Reihe von luftgestützten Umwelt-DNS-Sammlern als Instrumente für die Überwachung von Organismen aus dem gesamten Lebensbaum zu testen, einschließlich Pilzen, Bakterien, Wirbeltieren, Arthropoden (Insekten) und Pflanzen. An acht verschiedenen Standorten in der Schweiz prüften die Forschenden sechs verschiedene aktive Luftprobensammler und extrahierten mit allen Sammlern erfolgreich DNS. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine längere Probenahmedauer und nicht die Luftmenge zum Nachweis einer größeren Anzahl von Arten führte.
Gleichgeschaltete Luftprobenahmesystemen
Im Rahmen des Projekts, das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) durchgeführt wurde, wurde ebenso untersucht, ob solche Informationen bereits von bestehenden Luftfilterstationen erfasst werden, die Feinstaub für die öffentliche Gesundheit überwachen. Zu diesem Zweck musste das Team ein neues DNS-Extraktionsprotokoll entwickeln und validieren. Dabei wurde ein Kompromiss zwischen der Extraktion von DNS aus Organismen mit und ohne harte Zellwände festgestellt. Das Team hat das Protokoll angepasst und arbeitet nun daran, es im Kontext dieser Luftmessstationen erfolgreich anzuwenden. Ein dritter Teil des Projekts bestand darin, zu testen, ob dieses Netz einen invasiven Erreger aufspüren kann, der für das europaweite Eschentriebsterben verantwortlich ist. Die Analysen sind noch nicht abgeschlossen, aber die ersten Ergebnisse verdeutlichen ein großes Potenzial.
Das Potenzial von Umwelt-DNS aus der Luft demonstrieren
Das Team hofft, dass die Ergebnisse die wissenschaftliche Gemeinschaft weiter vom Potenzial der luftgestützten Umwelt-DNS als Lösung für eine skalierbare Überwachung der biologischen Vielfalt überzeugen werden. „Luftproben können leicht automatisiert werden, sind leicht einsetzbar und können sehr umfangreiche Informationen über die biologische Vielfalt und einzelne Arten bereitstellen“, so Roger. Dies gelte insbesondere für Stadtgebiete, in denen sich die meisten Luftmessstationen befinden. Roger gründet nun ein Start-up, das Umwelt-DNS aus der Luft für die Überwachung der biologischen Vielfalt und die Bioüberwachung anbietet. „Ich hoffe, dass wir in der Lage sein werden, die Technologie schneller und in größerem Maßstab zu entwickeln, da die Dringlichkeit der Krise im Bereich biologische Vielfalt eher heute als morgen Lösungen erfordert“, sagt er.
