تستخدم دراسة إثبات لمفهوم eDNA في الهواء للكشف عن الثدييات ، مما يوسع هذه التقنية إلى ما هو أبعد من أخذ العينات المائية.
نجح باحثون في المملكة المتحدة في عزل الحمض النووي للثدييات المحمولة جواً ، مما يدل على أنه في الهواء ، تمامًا كما في الماء ، تترك الحيوانات ورائها آثارًا غير مرئية ولكنها مفيدة يمكن للعلماء مراقبتها. تمثل النتائج ، التي نُشرت في 31 مارس في PeerJ ، اتجاهًا جديدًا لأبحاث الحمض النووي البيئي (eDNA) التي يمكن أن تؤدي يومًا ما إلى تقدم في علوم الطب الشرعي والصحة العامة ، بالإضافة إلى المراقبة البيئية.
يقول مارك جونسون ، عالم البيئة في جامعة تكساس التقنية الذي استخدم الحمض النووي المحمول في الهواء لدراسة النباتات: "هذه حقًا المرة الأولى التي تُستخدم فيها العينات المحمولة جواً لفحص الثدييات ، وهي مثيرة للغاية" يضيف جونسون ، من خلال بحثه الخاص ، "لقد تعلمنا أن الحمض النووي المحمول جواً له رصيد أوسع بكثير مما أعطيناه في الأصل ، وأعتقد أن هذه الورقة تفتح الباب للتوسع في مجالات جديدة."
الحمض النووي البيئي هو أحد الأدوات البيئية الأسرع نموًا للرصد الحيوي في النظم المائية ، وفقًا للمؤلفة المشاركة في الدراسة إليزابيث كلير ، عالمة البيئة الجزيئية في جامعة كوين ماري بلندن. يعتمد استخدامه على حقيقة أن جميع الكائنات الحية تترك بصمات وراثية أينما ذهبت في البيئة. يمكن أن ينتج عن هذا الحمض النووي معلومات قيمة حول الأنواع التي تتردد في منطقة ما.
في السنوات القليلة الماضية ، ساعدت eDNA العلماء على مراقبة الأنواع المهددة بالانقراض ، مثل سمكة النيوت العظيمة المحمية بشدة ، وكذلك الأنواع مثل القرش الأبيض التي يصعب تتبعه باستخدام الطرق التقليدية. مع زيادة تحسين الأداء ، بدأ الباحثون أيضًا في دفع eDNA إلى مناطق جديدة ، بما في ذلك اكتشاف مسببات الأمراض في صناعة تربية الأحياء المائية وحتى مراقبة الكائنات الأرضية ، بما في ذلك الثدييات. لكن في كل هذه الحالات ، جاءت العينات من مصادر مائية مثل البحيرات أو الأنهار ، أو في حالات نادرة من التربة الرطبة.
لمعرفة ما إذا كان بالإمكان اكتشاف eDNA في الهواء ، بدأت كلير بتصميم تجربة بسيطة للبحث عن eDNA للثدييات المحمولة جواً في غرفة صغيرة طولها ثلاثة أمتار في أربعة أمتار تضم مستعمرة مكونة من 225 جرذًا عارياً. "لقد أقاموا لفترة طويلة جدًا في تلك الغرفة. . . لذلك إذا تراكم الحمض النووي [في الهواء] ، فسيكون هناك ، "كما تقول كلير ل Scientist .
بالاعتماد على إجراءات eDNA المائية الحالية ، قامت Clare بتجهيز مضخة لسحب الهواء ، بدلاً من عينة الماء ، من خلال مرشح 45 أو 22 ميكرومتر. نظرًا لأن eDNA يمكن أن يأتي في أشكال متنوعة - قطع من الشعر ، أو الجلد ، أو الحمض النووي العاري العائم - فمن المحتمل أنها ستلتقط جزيئات بأحجام مختلفة. اختبر الفريق أيضًا أوقات تصفية مختلفة لمعرفة ما إذا كانت كمية الحمض النووي تختلف بعد 5 أو 10 أو 20 دقيقة. في المجموع ، أنتجت التجربة ما مجموعه 12 عينة (ستة من الهواء المحاصر داخل نظام الجرذان من الجحور وستة من الغرفة المفتوحة) بالإضافة إلى اثنين من عناصر التحكم الموجبة واثنين من عناصر التحكم السلبية.
تناقش إليزابيث كلير ، عالمة البيئة الجزيئية في جامعة كوين ماري بلندن ، كيف استعادت التقنيات المطورة لأخذ عينات الحمض النووي البيئي ، أو eDNA ، في الماء للبحث عن الآثار الجينية للثدييات في الهواء.
أسفرت جميع العينات ما عدا عينتين عن تسلسل الفئران الخلدية. لم يؤد حجم المرشح ولا الوقت (وبالتالي حجم الهواء الذي يتم ترشيحه) إلى اختلافات كبيرة في إنتاج الحمض النووي ، على الرغم من أن الجحور ولّدت إشارة أقوى من الغرفة الأكبر.
تقول كلير: "لقد فاجأنا أنها عملت بشكل جيد كما فعلت على الفور". "لقد توقعنا في الواقع مجموعة من الأشياء التي سنقوم بتعديلها. . . لم نضطر لاستخدامها أبدًا. لقد نجحت في المرة الأولى مع أول شيء جربناه ".
الدراسة الحالية هي أساس متين للعمل المستقبلي ، كما تقول كاثرين ستيوارت عالمة البيئة التطورية بجامعة أمستردام ، والتي تعمل مع eDNA ولم تشارك في البحث الحالي. ترى كلير دورًا للحمض النووي المحمول جواً في المساحات التي يصعب الوصول إليها ، مثل الجحور والكهوف والحفر. كان جونسون قد تقدم سابقًا للحصول على منحة لاستخدام eDNA المحمول جواً لرصد متلازمة الأنف الأبيض في الخفافيش بشكل غير موسع ، ولكن في ذلك الوقت ، كان المشروع يعتبر تجريبيًا للغاية.
بعد النجاحات التي حققتها eDNA في علم الأحياء المائية ، قال ستيوارت لموقع The Scientist: "إنه لأمر مبهج أن نرى شخصًا يخطو خطوة إلى الأمام ويسأل عن أنواع الوسائط الأخرى التي يمكننا استخراج الحمض النووي منها". "الادعاء الوحيد الذي يقدمونه هو أنه يمكنك جمع الحمض النووي بدقة من الهواء ، لكننا نحتاج إلى زخم التفكير المستقبلي هذا في هذا المجال. أعتقد أن التحديات التي تنتظرنا هي أيضًا فرص مثيرة ".
سيكون أحد هذه التحديات هو قضية التلوث. على الرغم من إجراء عمليات الاستخراج في غطاء نظيف ، تفاجأ الفريق بالعثور على الحمض النووي البشري ، ولكن ليس الحمض النووي للفئران ، في الضوابط السلبية للدراسة ، مما يشير إلى أن التلوث قادم من العلماء أنفسهم. في بعض العينات ، كان المكون البشري بنفس قوة تلك الموجودة في فئران الخلد ، حتى داخل جحورها. بالنسبة للباحثين الذين يستهدفون غير الثدييات ، فإن هذا لا يشكل مصدر قلق أقل ، لأن أدوات التسلسل التي يستخدمونها لا تختار سوى الأنواع التي تهمهم. لكن بالنسبة لأخذ العينات بهدف الكشف عن الحمض النووي للثدييات ، فإن التلوث سيكون "أحد أكبر التحديات" ، كما يقول ستيوارت.
بدأت كلير بالفعل في طرح الأفكار حول الوسائل الممكنة لمعالجة التلوث ، إما من خلال جمع الباحثين للعينات أثناء ارتداء بدلات تشمل أجهزة التنفس ، ونشر مصائد الغبار في الحقل لأيام أو أسابيع لجمع المواد المحمولة جواً بشكل سلبي - كما يفعل جونسون لدراساته حول النباتات المحمولة جواً. DNA - أو باستخدام ما يسمى تحقيقات الحجب أثناء التسلسل التي تمنع تضخيم الحمض النووي البشري. كما تقوم أيضًا بتصميم دراسات لفهم كيفية سلوك المادة الجينية واستمرارها في بيئة الهواء المتغيرة بشكل أفضل. كل هذا هو دفعة للتحقق من صحة eDNA المحمول جواً باستخدام نفس المعايير الصارمة المطبقة على الأبحاث المائية.
تقول كلير إن الجانب المشرق من التلوث البشري هو أنه جعلها تدرك أن الحمض النووي المحمول جوا يمكن أن يكون له تطبيقات في الطب الشرعي أو الصحة العامة غالبًا ما يكون الحمض النووي من مسرح الجريمة متحللًا أو متناثرًا ، لكنه كان قادر على سحب آثار دقيقة للحمض النووي من الهواء وتحقيق نتائج قابلة للاستخدام.
تظل أي استخدامات من هذا القبيل تخمينية ، وتسارع كلير إلى الإشارة إلى مقدار ما تبقى غير معروف. قالت لصحيفة The Scientist: "فيما يتعلق بما يمكن أن نفعله بها ، نحن في مرحلة التخمين إلى حد كبير". "هل استخراج الحمض النووي المحمول جواً ممكنًا؟ نعم. هل يمكننا قول أي شيء أبعد من ذلك؟ لا."
المصدر