El ADN ambiental se puede extraer del aire

ARRIBA: En la configuración experimental de los investigadores, una madriguera de rata topo desnuda está equipada con un tubo que pasa a través de una bomba peristáltica, que fuerza el aire a través de un filtro de captura de ADN.&nbsp ;ELIZABETH CLARE

Investigadores en el Reino Unido han aislado con éxito ADN de mamíferos en el aire, demostrando que en el aire, al igual que en el agua, los animales dejan rastros invisibles pero útiles de sí mismos que los científicos pueden monitorear. Los resultados, publicados el 31 de marzo en PeerJ, representan una nueva dirección para la investigación del ADN ambiental (eDNA) que algún día podría conducir a avances en la ciencia forense y la salud pública, además de la vigilancia ecológica.</p

Esta es realmente la primera vez que se usan muestras en el aire para observar mamíferos, y es muy emocionante, dice Mark Johnson, ecólogo de la Texas Tech University que ha usado ADN en el aire para estudiar plantas y no participó en el estudio actual. trabajar. A través de su propia investigación, agrega Johnson, hemos aprendido que el ADN en el aire es mucho más amplio de lo que originalmente le dimos crédito, y creo que este documento abre la puerta para expandirse a nuevas áreas.

El ADN ambiental es una de las herramientas ecológicas de más rápido crecimiento para el biomonitoreo en sistemas acuáticos, según la coautora del estudio Elizabeth Clare, ecologista molecular de la Universidad Queen Mary de Londres. Su uso se basa en el hecho de que todos los organismos dejan huellas genéticas dondequiera que vayan en el medio ambiente. Ese ADN puede proporcionar información valiosa sobre las especies que frecuentan un área. como el tiburón blanco que son difíciles de rastrear usando métodos convencionales. A medida que la herramienta se perfeccionó aún más, los investigadores también comenzaron a impulsar el eDNA en nuevos territorios, incluida la detección de patógenos en la industria de la acuicultura e incluso el monitoreo de organismos terrestres, incluidos los mamíferos. Pero en todos estos casos, las muestras provienen de fuentes de agua como lagos o ríos, o en casos raros, suelo húmedo.

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Para ver si el eDNA se podía detectar en el aire, Clare comenzó diseñando un experimento simple en busca de eDNA de mamíferos en el aire en una pequeña habitación de tres metros por cuatro que albergaba una colonia de 225 ratas topo desnudas. Habían estado establecidos durante mucho tiempo en esa habitación. . . entonces, si el ADN se acumula [en el aire], estaría allí, le dice Clare a The Scientist.

A partir de los procedimientos de eDNA acuáticos existentes, Clare instaló una bomba para extraer aire, en lugar que una muestra de agua, a través de un filtro de 45 o 22 micrómetros. Debido a que el eDNA puede venir en una variedad de formas de cabello, piel o ADN desnudo que flota libremente, era probable que capturara partículas de muchos tamaños diferentes. El equipo también probó diferentes tiempos de filtrado para ver si la cantidad de ADN difería después de 5, 10 o 20 minutos. En total, el experimento generó un total de 12 muestras (seis del aire atrapado dentro del sistema de madrigueras de las ratas topo y seis de la sala abierta) más dos controles positivos y dos negativos.

Elizabeth Clare, ecologista molecular de Queen Mary University of London, analiza cómo se basó en técnicas desarrolladas para tomar muestras de ADN ambiental, o eDNA, en el agua para buscar rastros genéticos de mamíferos en el aire.PEERJ

Todas menos dos muestras arrojaron secuencias de rata topo. Ni el tamaño del filtro ni el tiempo (y, por lo tanto, el volumen de aire filtrado) generaron diferencias significativas en el rendimiento del ADN, aunque las madrigueras generaron una señal más fuerte que la habitación más grande.

Nos sorprendió que funcionó tan bien como lo hizo de inmediato, dice Clare. De hecho, habíamos anticipado un montón de cosas que íbamos a modificar. . . que nunca tuvimos que usar. Funcionó la primera vez con lo primero que probamos.

No ver ningún lugar donde esconderse

El estudio actual es una base sólida para el trabajo futuro, dice la ecologista evolutiva de la Universidad de Ámsterdam, Kathryn Stewart. , que trabaja con eDNA y no participó en la investigación actual. Clare ve un papel para el ADN en el aire en espacios que pueden ser de difícil acceso, como madrigueras, cuevas y huecos. Johnson había solicitado previamente una subvención para usar eDNA en el aire para monitorear de manera no invasiva el síndrome de nariz blanca en murciélagos, pero en ese momento, el proyecto se consideró demasiado experimental.

Después de los éxitos de eDNA en la ciencia acuática, su Es emocionante ver a alguien dar un paso más y preguntar de qué otros tipos de medios podemos extraer ADN, dice Stewart a The Scientist. La única afirmación que hacen es que se puede recolectar ADN del aire con precisión, pero necesitamos ese impulso con visión de futuro para el campo. Creo que los desafíos que tenemos por delante también son oportunidades emocionantes.

Uno de esos desafíos será el tema de la contaminación. A pesar de llevar a cabo sus extracciones en una campana limpia, el equipo se sorprendió al encontrar ADN humano, pero no ADN de rata topo, en los controles negativos del estudio, lo que sugiere que la contaminación proviene de los propios científicos. En algunas muestras, el componente humano era tan fuerte como el de las ratas topo, incluso dentro de sus madrigueras. Para los investigadores que se enfocan en no mamíferos, esto es una preocupación menor, ya que las herramientas de secuenciación que utilizan seleccionan solo las especies de interés. Pero para el muestreo destinado a detectar ADN de mamíferos, la contaminación va a ser uno de los mayores desafíos, dice Stewart.

Clare ya ha comenzado a pensar en posibles medios para abordar la contaminación, ya sea haciendo que los investigadores recolecten muestras mientras usan trajes que incluyen respiradores, desplegando trampas de polvo en el campo durante días o semanas para recolectar pasivamente material en el aire como lo hace Johnson para sus estudios sobre el ADN de las plantas en el aire o usando las llamadas sondas de bloqueo durante la secuenciación que evitan que el ADN humano se amplifique. También está diseñando estudios para comprender mejor cómo se comporta y persiste el material genético en el ambiente cambiante del aire. Todo esto es un impulso para validar el eDNA en el aire utilizando los mismos estándares rigurosos que se aplican a la investigación acuática.

El lado positivo de la contaminación humana, dice Clare, es que le hizo darse cuenta de que el ADN en el aire podría tener efectos forenses o aplicaciones de salud pública. El ADN de las escenas del crimen a menudo está degradado o escaso, pero pudo extraer rastros diminutos del ácido nucleico del aire y producir resultados utilizables.

Cualquier uso de este tipo sigue siendo especulativo, y Clare se apresura a señalarlo. cuánto queda desconocido. En términos de lo que podríamos hacer con él, estábamos en la etapa especulativa de esto, le dice a The Scientist. ¿Es posible extraer ADN en el aire? Sí. ¿Podemos decir algo más allá de eso? No.

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EL Clare et al., eDNAir: prueba de concepto de que el ADN animal se puede recolectar a partir de muestras de aire , PeerJ, doi:10.7717/peerj.11030, 2021.