Ученые отслеживают загрязнение воды по ДНК водорослей

Диатомовые водоросли — одноклеточные организмы, особенно чувствительные к изменениям в водной среде. Поэтому их используют как биоиндикаторы для мониторинга качества воды. Однако микроскопическая идентификация видов в пробах из рек требует много времени и навыков. Биологи из Женевского университета (UNIGE) разработали индекс качества воды, основанный исключительно на последовательностях ДНК диатомей в образцах, без визуальной идентификации каждого вида. Это революционный инструмент для параллельной обработки множества проб, что позволяет охватить больше точек мониторинга быстрее и дешевле.

Степень загрязнения рек оценивается с помощью биотических индексов, которые отражают экологический статус водоема на основе количества и разнообразия организмов-биоиндикаторов. Диатомеи, водоросли с кремниевым скелетом, рекомендованы ЕС и Швейцарией как одни из идеальных биоиндикаторов для рек и озер.

Качество рек определяется с помощью швейцарского индекса диатомей (DI-CH). «Морфологическая идентификация видов в каждой пробе больше не отвечает потребностям быстрых и надежных мер биооценки. Поэтому мы разработали новый метод», — говорит Ян Павловски, профессор UNIGE.

Последовательности ДНК как биоиндикаторы

В сотрудничестве со Службой экологии вод Женевы (SECOE) и экологическим бюро PhycoEco исследователи проанализировали около 90 проб из швейцарских рек и определили их экологический статус по DI-CH. Это позволило создать референсную систему для валидации разрабатываемого молекулярного индекса, основанного на характерных последовательностях ДНК всех возможных видов диатомей в пробах.

«Весь спектр последовательностей ДНК в пробе соответствует определенному индексу качества DI-CH. Каждая последовательность имеет разное распределение и обнаруживается в переменных количествах. Интегрировав эти данные, мы смогли рассчитать экологическую ценность для каждой последовательности, не идентифицируя вид», — объясняет Лор Апотело-Перре-Жантиль, первый автор исследования.

Молекулярный индекс, адаптированный для среды

Этот подход позволяет определять качество воды на основе всех этих экологических значений. «Наша оценка была верна почти для 80% проб, что очень обнадеживает. Увеличение числа и разнообразия образцов позволит откалибровать метод для будущих рутинных масштабных анализов», — отмечает Ян Павловски.

Синхронная обработка множества проб в рекордное время и с меньшими затратами — не единственное преимущество нового инструмента. Молекулярный индекс, разработанный биологами UNIGE, можно легко адаптировать к другим группам одноклеточных биоиндикаторов, что важно для мониторинга различных водных экосистем.