Новое исследование обнаружило широкое распространение eDNA в атмосфере, включая аллергены и патогены

Исследовательская статья "Авиационные исследования воздушного eDNA: изучение биоразнообразия в небе" представляет революционный подход к изучению генетического материала в атмосфере. Ученые разработали прочный и стерилизуемый зонд с системой для захвата экологических нуклеиновых кислот из воздуха (eDNA) с помощью полнопоточной фильтрации и камеры высокой целостности.

Используя этот инновационный зонд, исследовательская группа провела аэросъемку eDNA, применяя стандартизированный и масштабируемый полетный паттерн на легком самолете. Целью исследования был сбор биоаэрозолей — аэрозолизированного биологического материала от различных организмов на разных высотах над основными источниками эмиссии — и их секвенирование для идентификации.

Идея исследования возникла у молекулярного эколога и пилота доктора Кимберли Метрис. Во время полета в условиях пыльной бури с видимыми частицами в воздухе она задумалась: "Что именно находится в воздухе, чего мы не видим, с биологической точки зрения?"

Результаты исследования оказались необычными. Используя зонд для отбора проб и метагеномное секвенирование высокой производительности, исследователи обнаружили широкое присутствие прокариотической и эукариотической eDNA в атмосфере на высотах до тысяч метров в планетарном пограничном слое на юго-востоке США. В частности, исследование выявило eDNA курицы, коровы и человека на всех высотах полета, включая удивительные 8500 футов (~2600 м) над землей.

Исследователи идентифицировали различные распространенные растительные аллергены от трав, сорняков и деревьев, а также от видов, обычно не обнаруживаемых в воздухе, таких как чеснок, что указывает на разнообразный спектр воздушного генетического материала.

Также были обнаружены патогенные бактерии и бактерии, ранее неизвестные в атмосфере, но встречающиеся в других экстремальных средах, таких как глубоководные отложения.

Стерилизуемый и многоразовый зонд для отбора проб доказал свою надежность, минимизируя потерю образцов и загрязнение, фильтруя генетический материал непосредственно из воздуха. Эта новаторская работа позволяет картировать генетический материал потенциально всех видов с использованием самолетов или других летательных/стационарных методов и связывает профили аэробиома с процессами на уровне земли.

Значение и приложения:

• Применение: биоразнообразие, экология дикой природы, биозащита, мониторинг патогенов и аллергенов.
• Происхождение биоаэрозолей: естественные процессы (например, ветровое опыление) и деятельность человека (сельское хозяйство, очистка сточных вод, промышленные практики).
• Обнаруженные профили отражают поверхностные эмиссии, аллергены и потенциальные ядра конденсации льда и облаков.
• Рекомендации: стандартизация отчетности по эмпирическим расходам воздуха, общим объемам и типам пробоотборников, а также учет индексов подъема и характеристик воздушных масс.

Биологический материал в форме eDNA/РНК может подниматься, переноситься и откладываться в других местах за счет атмосферного перемешивания, подъема и плавучести, что потенциально ведет к биологическим последствиям, таким как поток генов и процессы гибридизации.

Обнаружение eDNA позвоночных, парящей на расстоянии тысяч метров от места своего происхождения на поверхности Земли, предполагает, что атмосфера содержит биологически разнообразный материал. Это открывает возможности для биомониторинга и эпиднадзора за заболеваниями, позволяя ученым получать данные о присутствии, численности и распределении видов в районе.