Новые генетические инструменты для биооценки водных экосистем Европы

Большая часть Земли состоит из водных экосистем. Антропогенное воздействие — изменение землепользования, чрезмерная эксплуатация и загрязнение — серьёзно повлияло на них за последние десятилетия.

Для защиты ключевых экосистемных услуг (чистая вода, пища) необходимы природоохранные меры. Центральными инструментами для оценки их эффективности являются биооценка и мониторинг, но на данный момент они недостаточно эффективны.

Проект DNAqua-Net, финансируемый в рамках европейской программы COST, призван объединить международное сообщество учёных из разных дисциплин для разработки лучших практик использования новых генетических инструментов в реальной биооценке и мониторинге водных экосистем в Европе и за её пределами.

В настоящее время оценка биоразнообразия опирается на морфо-таксономию — идентификацию видов по морфологии собранных образцов. Этот подход имеет недостатки: он трудоёмок, ограничен в пространственно-временном разрешении и зависит от экспертизы конкретного таксономиста.

Новые геномные инструменты, которые предстоит исследовать и разработать в рамках DNAqua-Net, предлагают иное решение. Они основаны на ДНК-штрихкодировании для идентификации видов (включая ещё не описанные) и оценки биоразнообразия с использованием стандартизированных генетических маркеров.

ДНК-штрихкодирование использует короткие стандартизированные фрагменты генов, позволяющие однозначно отнести организм к определённому виду на основе данных о последовательности. Стандартизированные библиотеки ДНК-штрихкодов, созданные международным проектом iBOL (International Barcode of Life) и связанными с ним базами данных (BOLD, R-Syst), позволяют анализировать множество образцов окружающей среды за несколько дней.

До сих пор основной проблемой было то, что учёные работали независимо, без связи с конечными пользователями. Цель DNAqua-Net — создать междисциплинарную международную сеть, объединяющую учёных, управленцев, государственные учреждения, производителей и поставщиков услуг, чтобы совместно решить задачи ДНК-биооценки и предложить стандартизированные решения.

Кроме того, технологический прогресс позволяет извлекать ДНК не только из тканей, но и из осадков, биоплёнок или самой воды — так называемой «ДНК окружающей среды» (environmental DNA, eDNA). Она может дать информацию не о нескольких целевых видах, а о всём биоразнообразии микро-, мейо- и макроорганизмов в водной среде. Этот менее инвазивный подход (eDNA метабаркодирование) также может обнаруживать чужеродные виды, выступая в качестве системы раннего предупреждения.

«Новые подходы на основе ДНК, возможно, станут "переломным моментом" в экологической диагностике и биооценке, предоставляя детальную картину биоразнообразия от микро- до макромасштаба», — комментируют авторы.