Скудные количества ДНК раскрывают ключи к сохранению видов

Ключ к решению загадки — найти правильные улики. Специалисты по охране дикой природы, стремящиеся защитить исчезающие виды, долгое время были ограничены почти невозможностью сбора образцов ДНК от редких и неуловимых животных. Теперь исследователи из Стэнфорда и Национального центра биологических наук Института фундаментальных исследований Тата в Индии разработали метод быстрого и дешёвого извлечения генетических улик из деградировавших и оставленных материалов, таких как фекалии, кожа или слюна, а также из пищевых продуктов, подозреваемых в содержании исчезающих животных.

Их доказательство концепции, описанное 10 апреля в Methods in Ecology and Evolution, может революционизировать подходы и политику в области охраны природы во всём мире.

«Это "C.S.I.: Место преступления" встречается с биологией сохранения», — сказал соавтор Дмитрий Петров.

Призрак вымирания нависает более чем над четвертью всех видов животных, согласно оценке Международного союза охраны природы, который ведёт список угрожаемых и вымерших видов.

Улики из ДНК

Помощь видам в восстановлении часто зависит от сбора образцов ДНК, которые могут раскрыть ценную информацию о деталях — от инбридинга и истории популяции до естественного отбора и крупномасштабных угроз, таких как разрушение среды обитания и незаконная торговля дикими животными. Однако текущие подходы, как правило, требуют относительно больших количеств ДНК или дорогих и часто неэффективных стратегий её извлечения.

Решение может заключаться в сотрудничестве между Программой геномики сохранения Стэнфорда и Национальным центром биологических наук Индии, включая лабораторию молекулярного эколога Умы Рамакришнан.

«Я работаю над генетикой сохранения тигров более десяти лет, но меня расстраивало, насколько медленным и ненадёжным может быть процесс получения генетических данных», — сказала Рамакришнан. — «Сохранение требует быстрых ответов, а наши исследования не давали их достаточно быстро».

Исследователи изучили исчезающих диких тигров в Индии и чрезмерно выловленных карибских королевских стромбусов (морских улиток), исследовав фекалии тигров, выпавшую шерсть, слюну, найденную на убитой добыче, а также жареные оладьи из стромбуса, купленные в ресторанах США. Все образцы были слишком загрязнены, смешаны или деградированы для обычного генетического анализа.

«Нашей целью было найти чрезвычайно разные виды с острой необходимостью в сохранении и показать, как этот подход может быть использован в целом», — сказал соавтор Стивен Паламби.

Недорогой и эффективный

Команда разработала новый подход, используя метод секвенирования, который усиливает и считывает небольшие фрагменты ДНК с уникальными различиями в каждом образце. Делая это одновременно для многих участков ДНК в одних и тех же пробирках, исследователи свели к минимуму общее количество необходимой ДНК. Специфичность процедуры для ДНК тигра и стромбуса позволила использовать образцы, загрязнённые бактериями или ДНК других видов.

Технология оказалась высокоэффективной для идентификации и сравнения генетических характеристик. Например, метод сработал с количеством ДНК тигра, эквивалентным примерно одной стотысячной количества ДНК в типичном образце крови. Метод имел более высокий процент неудач для стромбусов, потому что у исследователей не было полных геномов.

Эффективность, скорость и доступность подхода — затраты на внедрение могут составлять всего 5 долларов за образец — представляют собой критически важный прогресс для мониторинга дикой природы и судебной экспертизы, полевых испытаний, а также использования науки в политических решениях и торговле дикими животными.

«Это легко реализовать, поэтому это можно делать в лабораториях с доступом к более или менее базовому оборудованию», — сказала соавтор Мегхана Натеш. — «Если следовать стандартной процедуре, генерируемые данные должно быть легко делиться и сравнивать между лабораториями».

Учёные сделали свои методы свободно доступными.