Po raz pierwszy przechwycono DNA z powietrza

Naukowcy z Uniwersytetu Królowej Marii w Londynie jako pierwsi na świecie pozyskali próbkę zwierzęcego DNA ze zwykłej próbki powietrza – donoszą najnowsze badania. Właściwie chodzi o tzw. DNA środowiskowe, czyli Enviromental DNA (eDNA). DNA środowiskowe to DNA organizmu, które można znaleźć w środowisku. Najczęściej pochodzi z materiału komórkowego wydalanego przez organizmy żywe (w tym ludzi) przez skórę, odchody itp. do środowisk wodnych lub lądowych.

Gromadzenie próbek eDNA ze środowisk wodnych jest już powszechną praktyką. Pozwala wykryć gatunki żyjące w danym ekosystemie wodnym, a także ujawnić obecność gatunków inwazyjnych lub rzadkich, nawet jeśli zaobserwowanie samych osobników jest utrudnione. Jednak nikt do tej pory nie próbował pobierać próbek eDNA z powietrza.

– Chcieliśmy wiedzieć, czy możemy odfiltrować eDNA z powietrza, aby śledzić obecność zwierząt lądowych. Interesowało nas, czy moglibyśmy użyć airDNA jako sposobu oceny, jakie gatunki były obecne w norze lub jaskini, w której nie mogliśmy ich łatwo zobaczyć ani schwytać – wyjaśnia główna autorka badania Elizabeth Clare.

fot. Pierwsze badanie airDNA dotyczyło golców piaskowych żyjących w laboratorium (fot. Getty Images)

Ludzkie DNA zanieczyszcza próbki

Aby zweryfikować rzeczywistą skuteczność takiej metody, Clare wraz z zespołem przeprowadziła eksperyment. Najpierw pobrano próbkę powietrza z wybiegów dla golców piaskowych (Heterocephalus glaber) za pomocą sprzętu przypominającego odkurzacz i wyposażonego w specjalne filtry podobne do filtrów HEPA. Następnie naukowcy wyodrębnili DNA z materiału zgromadzonego na filtrach i zsekwencjonowali je. Aby zidentyfikować gatunek, z którego pochodzi DNA, naukowcy porównali sekwencje z sekwencjami referencyjnymi w bazie danych. Badaczom udało się wykryć ślady DNA golców oraz ludzi.

Okrycie ludzkiego DNA w zagrodzie dla zwierząt początkowo zaskoczyło badaczy. Jednak biorąc pod uwagę, że golce pozostają pod stałą opieką ludzi, którzy je karmią i dbają o nie, obecność ludzkiego DNA okazuje się oczywista, choć – jak podkreśla Clare – może być „główną przeszkodą” w tego typu badaniach.

– Wykazanie, że DNA stosunkowo dużych zwierząt można wykryć w próbkach powietrza, znacząco zwiększa potencjał analizy eDNA przenoszonego drogą powietrzną. (…) Obecność ludzkiego DNA w prawie każdej próbce może sugerować, że próbki powietrza są szczególnie łatwe do zanieczyszczenia DNA pochodzącym od zespołu badawczego, zwłaszcza gdy celem analizy będą ssaki – zauważa Matthew Barnes, ekolog z Texas Tech University w Lubbock, który nie brał udziału w nowych badaniach.

Barnes w rozmowie z Live Science przyznaje, że w ostatnim dziesięcioleciu zbieranie i analiza eDNA w celu badania i zarządzania populacjami roślin i zwierząt nabrały tempa. – Analogią, której często używam, jest detektyw znajdujący na miejscu zbrodni niedopałek papierosa i pobierający z niego DNA, aby potwierdzić obecność przestępcy w tym miejscu. Tak właśnie wykorzystujemy eDNA, z wyjątkiem tego, że zamiast szukać przestępców, szukamy rzadkiego lub nieuchwytnego gatunku – mówi Barnes.

Jak nasze DNA trafia do powietrza?

Przed nowym badaniem Uniwersytetu Królowej Marii prowadzono już próby pobierania DNA roślin z powietrza. Większość tych eksperymentów dotyczyła jednak roślin, które celowo uwalniały do powietrza smugi swojego DNA w postaci pyłku lub nasion. Takie mechanizmy nie są obecne u zwierząt, więc naukowcy nie mogli mieć pewności, czy airDNA okaże się skuteczne w tym przypadku.

Ale chociaż zwierzęta nie „wystrzeliwują” zarodników w powietrze, to mogą uwalniać swoje DNA wraz z kropelkami śliny lub martwymi komórkami skóry. W kolejnych badaniach, aby uniknąć zanieczyszczenia próbek ludzkim DNA, naukowcy być może będą musieli stosować odpowiednią odzież ochronną, aby uniknąć dodawania własnego DNA do badanego środowiska.

Mimo początkowych trudności, naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości technika airDNA będzie wykorzystywana do monitorowania gatunków zwierząt żyjących w trudno dostępnych miejscach, jak systemy podziemnych tuneli czy głębokich jaskiń. Może to być również dobry sposób na wykrycie rzadkich i zagrożonych gatunków, bez interakcji z nimi, co może mieć wiele zalet dla dzikich zwierząt.

To, czy analiza eDNA pozwoli naukowcom oszacować wielkość populacji lub liczbę zwierząt żyjących w danej jaskini lub jamie wciąż jest przedmiotem debaty. Clare sądzi, że na razie metoda jest zbyt niedoskonała, aby pozwalała na wyciąganie takich wniosków.

Zespół z Londynu zajmie się teraz analizowaniem tego, na jak duże odległości może podróżować DNA zwierząt w powietrzu i jak wielkość przestrzeni wpływa na to, ile eDNA można wykryć w próbce. Kolejnym ważnym krokiem w badaniu zwierzęcego airDNA będzie próba zebrania eDNA od zwierząt żyjących na zewnątrz, a nie w laboratorium badawczym.