Секвенирование генома на ферме: новый подход к защите урожая в Африке
Впервые в мире международная группа учёных, включая исследователя из Университета Отаго, применила полногеномное секвенирование для диагностики патогена, уничтожающего посевы на африканских фермах. Это открывает путь к предотвращению потерь урожая, критически важных для экономики региона.
Доктор Джо-Анн Стэнтон, старший научный сотрудник департамента анатомии Университета Отаго, помогла разработать PDQeX — одну из двух прототипных технологий, позволивших проводить полногеномное секвенирование прямо на удалённых фермах.
«Это достижение открывает путь к быстрой и точной идентификации патогена, позволяя немедленно принять корректирующие меры для предотвращения потери урожая», — объясняет доктор Стэнтон.
Для мелких фермеров Восточной Африки это разница между наличием еды и дохода или голодом. Потеря урожая означает утрату продовольственной безопасности и отсутствие средств на школьные взносы, supplies, улучшение или содержание фермы.
Команда, включавшая учёных из Mikocheni Agricultural Research Institute (Танзания), National Crops Resources Research Institute (Уганда), Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology (Кения) и Университета Западной Австралии, работала вместе в рамках «Cassava Virus Action Project» с фермерами, выращивающими маниок, в трёх странах: Танзании, Уганде и Кении.
Маниок (клубневой корень тропического дерева, из которого производят муку и крахмалистый овощ, похожий на картофель) подвергается атаке вирусных патогенов, снижающих или уничтожающих урожай. Фермеры, затронутые растущей вирусной угрозой, зависят от маниока как от основного источника пищи и годового дохода.
«800 миллионов человек во всём мире зависят от маниока как от основного источника калорий, и распространение вируса представляет собой значительную глобальную угрозу», — говорит доктор Стэнтон.
Её исследовательское видение — вывести сложную молекулярную диагностику из лаборатории в руки не-экспертов для быстрого, точного и экономически эффективного реагирования на реальные ситуации. Данный проект реализует именно это.
Используя портативные устройства для молекулярной диагностики, команда смогла проводить полногеномное секвенирование прямо на фермах. Устройство PDQeX от новозеландской компании ZyGEM, позволяющее проводить экстракцию ДНК на месте, использовалось вместе с мини-суперкомпьютером MinIT для base-calling от британской компании Oxford Nanopore.
Объединив эти технологии с MinION (портативным секвенатором ДНК), стало возможным прямо на фермах отбирать образцы листьев, стеблей или насекомых, подготавливать ДНК для секвенирования, а затем конвертировать сырые данные в последовательности нуклеотидов (DNA sequence reads) для интерпретации — и всё это в реальном времени.
По словам доктора Стэнтон, весь процесс от отбора образца до диагностического результата занял менее четырёх часов, и все устройства работали от батарей на открытом воздухе на фермах.
Значение проекта выходит за рамки помощи африканским фермерам.
«На более широком уровне этот прорыв имеет применение в сферах здоровья человека и животных, управления окружающей средой и охраны природы. Потребность в точной, быстрой и проводимой на месте диагностике растёт по мере ускорения глобализации человеческой деятельности».