Кто в океане? Отслеживание видов по ДНК из окружающей среды
Для морских биологов, таких как Шерил Льюис Эймс, следы жизнедеятельности организмов — сброшенная кожа и жидкости — стали ключом к обнаружению невидимого.
Любой организм в океане оставляет следы, содержащие свою ДНК — экологическую ДНК (eDNA). Её можно обнаружить в пробах воды.
Только недавно технологии молекулярного секвенирования стали достаточно продвинутыми, чтобы проводить анализ eDNA в полевых условиях. Это позволяет идентифицировать виды, которые могут быть исчезающими, инвазивными или опасными.
Эймс и команда испытали свой новый полевой набор для секвенирования eDNA (FeDS) в районе Флорида-Кис (США), где обитают медузы рода Cassiopea.
Идентификация нескольких видов по eDNA — многоступенчатый процесс (метабаркодирование). Поскольку смешанный образец ДНК сначала нужно амплифицировать с помощью ПЦР (PCR), полевые эксперименты стали возможны лишь с появлением портативных термоциклеров на батарейках.
Для определения вида по фрагментам ДНК из морской воды традиционно используется секвенатор нового поколения (NGS) — громоздкое лабораторное оборудование. В этом исследовании использовалась портативная технология Nanopore MinION: когда фрагменты ДНК проходят через микроскопическую пору прибора, различия в электрическом токе определяют уникальный код каждой цепи ДНК.
Вместо большого секвенатора команда использовала систему Nanopore размером с мобильный телефон, управляемую ноутбуком. Капля подготовленной смеси eDNA, добавленная в портативный секвенатор, в реальном времени показывает на экране генетический код всей проходящей через него ДНК.
Затем последовательности ДНК сверяются с огромной базой данных для определения видов, представленных в собранной в тот же день eDNA. Использование обновленных офлайн-версий необходимого ПО и предзагруженной базы данных на ноутбук позволило провести весь процесс метабаркодирования за пределами лаборатории, без подключения к интернету.
Эймс и команда обнаружили 53 вида медуз, включая:
- Cassiopea (медуза-перевёртыш)
- два вида ядовитых кубомедуз
- многие виды в гидроидной форме
- два вида стебельчатых медуз, ранее не зарегистрированных во Флорида-Кис.
Это указывает, что процесс может выявлять виды, которые иначе остались бы незамеченными.
«Я надеюсь, что однажды эта система будет использоваться для смягчения последствий ожогов, почти как приложение с прогнозом погоды, которое также сообщает о "риске ожогов медуз" на определённых пляжах», — сказала Эймс.
Предупреждения о наличии ядовитых медуз в районе могли бы предотвратить множество травм. Помимо практического применения в рыболовстве и охране природы, тот факт, что проба морской воды может раскрыть организмы в окрестностях, — настоящее чудо.