Wychwytywanie DNA prosto z powietrza
Na całej planecie notowany jest gwałtowny spadek różnorodności biologicznej. Do procesów zagrażających środowisku naturalnemu należy ekspansywna działalność człowieka oraz powiązana z nią eksploatacja i transformacja naszej planety, pośrednio także przez zmianę klimatu. Aby przeciwdziałać tej nieuchronnej katastrofie, w pierwszej kolejności należy zdobyć wiedzę o tym, jakie gatunki nadal zamieszkują Ziemię i w jaki sposób zmienia się istniejące na niej życie. Dysponujemy co prawda konwencjonalnymi metodami monitorowania, ale są one zazwyczaj czasochłonne i kosztowne. Jedną z obiecujących nowych technik jest badanie DNA środowiskowego (eDNA) – metoda, która pozwala na podstawie DNA pozostawionego przez rośliny, zwierzęta i inne formy życia ustalić, co znajduje się w określonej lokalizacji. Mimo że analiza eDNA jest uznawana za potężne narzędzie umożliwiające monitorowanie ekosystemów wodnych, jej skuteczne wykorzystanie na lądzie jest dużo trudniejsze ze względu na wysoce rozproszony charakter DNA na powierzchniach. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu AIRDNA Fabian Roger(odnośnik otworzy się w nowym oknie), pracownik naukowy ze stopniem doktora na Politechnice Federalnej w Zurychu (ETHZ), prowadził badania nad nową technologię zdolną do wychwytywania środowiskowego DNA zwierząt i innych taksonów za pomocą próbników powietrza. „Jeden z powodów, dla których pobieranie próbek DNA z powietrza jest tak obiecujące, stanowi fakt, że powietrze może być traktowane jako swoista »woda nad lądem«”, twierdzi Roger, członek zespołu badawczego kierowanego przez Kristy Deiner(odnośnik otworzy się w nowym oknie), adiunktkę na Wydziale Nauk o Systemach Środowiskowych ETHZ. „Zarówno DNA, jak i przenoszące je cząsteczki są tak małe, że unoszą się w powietrzu, dzięki czemu możemy pozyskać dobrze wymieszaną reprezentatywną próbkę, podobnie jak w przypadku wody”, dodaje.
Testy próbników powietrza
Jednym z celów projektu było przetestowanie kilku próbników eDNA unoszącego się w powietrzu z myślą o zastosowaniu ich do monitorowania organizmów w całym drzewie życia, w tym grzybów, bakterii, kręgowców, stawonogów (owadów) i roślin. Badania odbyły się w ośmiu różnych lokalizacjach na terenie Szwajcarii i obejmowały testy sześciu różnych próbników do aktywnego pobierania próbek powietrza. Naukowcom udało się pomyślnie wyodrębnić DNA przy użyciu wszystkich badanych przyrządów. Wyniki wskazują, że nie objętość próbki powietrza, ale dłuższy czas pobierania próbki decydował o wykryciu większej liczby gatunków.
Wykorzystanie sieci próbników powietrza
W ramach projektu realizowanego przy wsparciu działań „Maria-Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) sprawdzono również, czy takie informacje są już zbierane przez istniejące stacje filtrów powietrza, które monitorują stężenie pyłu zawieszonego na potrzeby programów w dziedzinie zdrowia publicznego. Aby tego dokonać, zespół musiał zaprojektować i zweryfikować nowy protokół ekstrakcji DNA. W trakcie tego procesu naukowcy odkryli, w jaki sposób uzyskać kompromis między ekstrakcją DNA z organizmów posiadających twarde ściany komórkowe i z takich, które ich nie posiadają. Dostosowawszy odpowiednio swój protokół, zespół zaczął pracę nad jego skutecznym zastosowaniem w odniesieniu do stacji monitorowania powietrza. Trzecim obszarem objętym projektem było badanie, czy sieć stacji jest w stanie wykryć inwazyjny patogen, który odpowiada za zamieranie jesionu w całej Europie. Analizy wciąż trwają, ale wstępne wyniki wskazują na ogromny potencjał tej metody.
Wykazanie potencjału eDNA z powietrza
Zespół ma nadzieję, że uzyskane wyniki utwierdzą społeczność naukową w przekonaniu, że badanie eDNA z powietrza oferuje ogromne możliwości jako skalowalne rozwiązanie umożliwiające monitorowanie różnorodności biologicznej. „Pobieranie próbek powietrza można w prosty sposób zautomatyzować, wdrożyć i wykorzystać do zdobywania ogromnej ilości danych dotyczących zarówno różnorodności biologicznej, jak i pojedynczych gatunków”, podkreśla Roger. Odnosi się to w szczególności do obszarów miejskich, na których znajduje się większość stacji monitorowania powietrza. Roger tworzy obecnie start-up specjalizujący się w analizie eDNA z powietrza na potrzeby monitorowania różnorodności biologicznej i nadzoru biologicznego. „Mam nadzieję, że będziemy w stanie rozwijać tę technologię szybciej i na większą skalę, ponieważ kryzys związany z różnorodnością biologiczną wymaga rozwiązania już dziś, a nie jutro”, zaznacza.
