مطالعه جدید یک رویکرد انقلابی را برای مطالعه مواد ژنتیکی موجود در هوا نشان می دهد

به تازگی منتشر شده در زندگی و محیط زیست PeerJمحققان با موفقیت از بررسی های هواپیما با ابزار دقیق جدید برای گرفتن اسیدهای نوکلئیک موجود در هوا و کاوش در تنوع زیستی در جو استفاده کردند و یافته های شگفت انگیزی را کشف کردند.

یک مقاله تحقیقاتی پیشگامانه با عنوان “بررسی های هواپیما برای eDNA هوا: بررسی تنوع زیستی در آسمان” یک رویکرد انقلابی برای مطالعه مواد ژنتیکی در جو را نشان می دهد. دانشمندان یک کاوشگر بادوام و قابل استریل شدن و سیستم پشتیبانی برای جذب اسیدهای نوکلئیک محیطی هوا (eDNA) با فیلتراسیون کامل و یک محفظه با یکپارچگی بالا ایجاد کرده‌اند.

با استفاده از این کاوشگر ابتکاری، تیم تحقیقاتی DNA محیطی را با استفاده از یک الگوی پرواز استاندارد و مقیاس‌پذیر با استفاده از هواپیماهای سبک نقشه‌برداری هوایی کردند. هدف از این مطالعه جمع‌آوری آئروسل‌های زیستی، که مواد بیولوژیکی آئروسل‌شده هستند، از طیفی از موجودات در ارتفاعات مختلف بالاتر از منابع اصلی انتشار، و توالی‌بندی آنها برای شناسایی بود.

دکتر کیمبرلی متریس، یکی از اعضای هیئت علمی دانشگاه کلمسون و محقق اصلی، این کار را با ایده ای برای کاوش آغاز کرد. من یک بوم‌شناس مولکولی هستم که روی گونه‌های وحشی مختلف کار می‌کنم، از باکتری‌ها گرفته تا کله آبی گرفته تا بوفالوهای آفریقایی. همچنین با هواپیما پرواز می‌کنم، و یک تابستان زمانی که چتربازها پرواز می‌کردم، زمان زیادی برای فکر کردن در هنگام بالا رفتن برای پرش از ارتفاع داشتم. از نظر هواشناسی، شرایط عالی بود – 10 مایل دید، بادهای نسبتا آرام، یک روز نسبتاً خوب در دفتر – اما این در طول طوفان گرد و غبار صحرا بود و ذرات معلق در بیرون، همه جا قابل مشاهده بود. یک احساس عجیب، اما چرخ ها را می چرخاند.” از نظر بیولوژیکی دقیقاً چه چیزی در هوا وجود دارد که ما نمی توانیم ببینیم؟ این همان چیزی است که او و همکارش به دنبال کشف آن هستند. “و اکنون مرزهای آنچه را که فکر می‌کردیم در مورد آسمان می‌دانیم، جابجا می‌کنیم. آسمان یک حد نیست، یک گنج است!”

یافته های مطالعه فوق العاده است. محققان با استفاده از کاوشگر نمونه برداری خود و توالی یابی متاژنومی با توان بالا، حضور گسترده eDNA پروکاریوتی و یوکاریوتی را در جو کشف کردند که به هزاران متر در لایه مرزی سیاره ای در جنوب شرقی ایالات متحده می رسد. قابل ذکر است، این مطالعه eDNA مرغ، گاو و انسان را در تمام ارتفاعات پروازی، از جمله ارتفاع شگفت انگیز 8500 فوت از سطح زمین، شناسایی کرد.

محققان انواع مختلفی از آلرژن‌های گیاهی رایج را از علف‌ها، علف‌های هرز و درختان و همچنین از گونه‌هایی که معمولاً در هوا گزارش نمی‌شوند، مانند سیر شناسایی کردند که مجموعه‌ای متنوع از مواد ژنتیکی موجود در هوا را نشان می‌دهد.

آنها همچنین باکتری ها و باکتری های بیماری زا را کشف کردند که قبلاً در جو وجود نداشتند اما در محیط های شدید دیگر مانند رسوبات اعماق دریا یافت می شدند.

کاوشگر نمونه برداری قابل استریل و قابل استفاده مجدد مورد استفاده در این مطالعه ثابت کرد که قابل اعتماد است، از دست دادن نمونه و آلودگی را محدود می کند در حالی که مواد ژنتیکی را مستقیماً از هوا فیلتر می کند. این کار پیشگامانه نقشه برداری از مواد ژنتیکی بالقوه همه گونه ها را با استفاده از هواپیما یا سایر روش های پرواز یا ثابت امکان پذیر می کند و پروفایل های هوازی را به فرآیندهای سطح زمین متصل می کند و بینش ارزشمندی را در مورد وجود و تنوع مواد ژنتیکی موجود در هوایی که تنفس می کنیم ارائه می دهد.

پیامدهای این تحقیق گسترده است و کاربردهایی در تنوع زیستی، اکولوژی حیات وحش، دفاع زیستی و پایش پاتوژن ها و آلرژن ها دارد. توالی یابی آمپلیکونی بالای DNA از باکتری ها، مهره داران و گیاهان این مطالعه نشان می دهد که آئروسل های زیستی می توانند از فرآیندهای طبیعی، مانند گرده افشانی ناشی از باد در مزارع و جنگل ها، و فعالیت های انسانی، یعنی کشاورزی تولید، تصفیه فاضلاب، و شیوه های صنعتی از جمله ضد عفونی زباله های بیمارستانی.

پروفایل های DNA موجود در هوا که در اتمسفر شناسایی شده اند منعکس کننده انتشارات سطحی، آلرژن ها و هسته های بالقوه تراکم یخ و ابر هستند. اعتقاد بر این است که اثربخشی آئروسل‌سازی بر پروفایل‌های DNA هوا شناسایی‌شده در ارتفاع تأثیر می‌گذارد، که نشان‌دهنده ادغام شاخص‌های بالابر و ویژگی‌های جرم هوا برای استاندارد کردن بررسی‌های eDNA هوا است. علاوه بر این، محققان گزارش استانداردی از نرخ جریان تجربی، حجم کل هوا، و نوع(های) نمونه استفاده شده را توصیه می کنند، زیرا آنها نیازهای جریان هوای عملیاتی بسیار متفاوتی دارند.

مواد بیولوژیکی به شکل eDNA/RNA را می توان با اختلاط اتمسفر، بلند کردن و شناوری بالا برد، حمل کرد و در جای دیگری رسوب کرد که به طور بالقوه منجر به پیامدهای بیولوژیکی مانند جریان ژن و فرآیندهای هیبریداسیون می شود. اتمسفر قدرتمند و برای حیات ضروری است – کشف eDNA مشتق از مهره‌داران موجود در هوا که هزاران متر دورتر از مبدا خود در سطح زمین شناور است، نشان می‌دهد که جو حاوی مواد تنوع زیستی است و پیامدهایی برای نظارت زیستی و نظارت بر بیماری دارد. دانشمندان می توانند بینشی در مورد حضور، فراوانی و پراکنش گونه ها در یک منطقه به دست آورند، شواهد ارزشمندی برای شناسایی افراد یا ردیابی حرکات آنها یا نظارت بر کشاورزی تولیدی از جو ارائه کنند.

این مطالعه پیشگامانه راه را برای درک عمیق تر مواد ژنتیکی موجود در هوا و پیامدهای آن برای رشته های مختلف مطالعاتی هموار می کند. با کشف اسرار آسمان، دانشمندان بینش جدیدی در مورد محیط زیست، هوایی که تنفس می کنیم و ارتباطات پیچیده بین تنوع زیستی روی زمین به دست می آورند.