L'aria dello zoo contiene abbastanza DNA per identificare gli animali all'interno

 

L'aria dello zoo contiene abbastanza DNA per identificare gli animali all'interno

L'aria di uno zoo è piena di odori, dal pesce usato per l'alimentazione al letame degli erbivori al pascolo, ma ora sappiamo che è anche piena di DNA degli animali che ci vivono. Due gruppi di ricerca hanno pubblicato ciascuno uno studio indipendente che dimostra che campionando l'aria di uno zoo locale, possono raccogliere abbastanza DNA per identificare gli animali nelle vicinanze. Questo potrebbe rivelarsi uno strumento prezioso e non invasivo per tracciare la biodiversità.


L'aria di uno zoo è piena di odori, dal pesce usato per l'alimentazione al letame degli erbivori al pascolo, ma ora sappiamo che è anche piena di DNA degli animali che ci vivono. Nella rivista Current Biology del 6 gennaio, due gruppi di ricerca hanno pubblicato ciascuno uno studio indipendente di prova di concetto che dimostra che campionando l'aria di uno zoo locale, possono raccogliere abbastanza DNA per identificare gli animali nelle vicinanze. Questo potrebbe rivelarsi uno strumento prezioso e non invasivo per tracciare la biodiversità.


"Catturare il DNA ambientale trasportato dall'aria dai vertebrati ci permette di rilevare anche gli animali che non possiamo vedere che ci sono", dice la ricercatrice Kristine Bohmann (@kristinebohmann) e capo del team dell'Università di Copenhagen.


Gli animali terrestri possono essere monitorati in molti modi: direttamente dalla telecamera e dall'osservazione personale, o indirettamente da ciò che lasciano, come le impronte o le feci. Lo svantaggio di questi metodi è che possono comportare un intenso lavoro sul campo e richiedono che l'animale sia fisicamente presente. Per esempio, il monitoraggio degli animali tramite telecamera richiede la conoscenza di dove mettere le telecamere sul percorso dell'animale, setacciando migliaia di immagini, e di solito un po' di fortuna.


"All'inizio della mia carriera, sono andato in Madagascar sperando di vedere molti lemuri. Ma in realtà, li ho visti raramente. Invece, per lo più li sentivo saltare via attraverso il baldacchino", dice Bohmann. "Quindi, per molte specie può essere molto faticoso individuarle con l'osservazione diretta, soprattutto se sono sfuggenti e vivono in habitat molto chiusi o inaccessibili".


"Rispetto a quello che la gente trova nei fiumi e nei laghi, monitorare il DNA trasportato dall'aria è davvero, davvero difficile, perché il DNA sembra super diluito nell'aria", dice Elizabeth Clare, ricercatrice principale del team della Queen Mary University di Londra (Clare è ora alla York University di Toronto). "Ma i nostri studi sugli zoo devono ancora fallire per diversi campionatori, geni, luoghi e approcci sperimentali. Tutto ha funzionato e sorprendentemente bene".


Bohmann e Clare attingono a piene mani dalle loro ricerche passate che monitorano la fauna selvatica raccogliendo altri tipi di campioni contenenti DNA sparso dagli animali. Questo viene chiamato "DNA ambientale", o eDNA, ed è una tecnica consolidata utilizzata più frequentemente per monitorare gli organismi acquatici sequenziando l'eDNA da campioni di acqua.


"L'aria circonda tutto, e noi volevamo evitare la contaminazione nei nostri campioni, ottimizzando allo stesso tempo la vera rilevazione del DNA animale", dice Bohmann. "Il nostro nuovo lavoro con l'eDNA trasportato dall'aria coinvolge quello che facciamo di solito quando elaboriamo campioni di eDNA, solo messo a punto un po'".


Ogni gruppo di ricerca ha condotto il suo studio in uno zoo locale raccogliendo campioni in vari luoghi dello zoo, tra cui all'interno di recinti murati come la casa tropicale e le stalle al coperto, così come i recinti esterni all'aria aperta. "Per raccogliere l'eDNA trasportato dall'aria, abbiamo usato una ventola, come quella che si usa per raffreddare un computer, e vi abbiamo attaccato un filtro. Poi l'abbiamo lasciato girare per un po' di tempo", dice Christina Lynggaard (@lynggaardc), primo autore e borsista post-dottorato all'Università di Copenhagen.


Il ventilatore aspira l'aria dallo zoo e dai suoi dintorni, che potrebbe contenere materiale genetico da qualsiasi numero di fonti, come il respiro, la saliva, il pelo o le feci, anche se i ricercatori non hanno determinato la fonte esatta. "Potrebbe essere qualsiasi cosa che può essere trasportata dall'aria ed è abbastanza piccola da continuare a galleggiare nell'aria", dice Lynggaard. "Dopo la filtrazione dell'aria, abbiamo estratto il DNA dal filtro e usato l'amplificazione PCR per fare molte copie del DNA animale. Dopo il sequenziamento del DNA, abbiamo elaborato i milioni di sequenze e infine li abbiamo confrontati con un database di riferimento del DNA per identificare le specie animali."


"C'è una componente di fede in tutto questo, perché quando si ha a che fare con normali campioni di tessuto o anche di DNA acquatico, si può misurare quanto DNA si ha, ma con questi campioni abbiamo a che fare con quantità di DNA forensi molto piccole", dice Clare. "In molti casi, quando campioniamo solo per pochi minuti non possiamo misurare il DNA, e quindi dobbiamo saltare alla fase successiva della PCR dove scopriamo se ce n'è o no. Quando campioniamo per ore otteniamo di più, ma c'è un compromesso".


In ogni studio, i ricercatori hanno rilevato animali all'interno dello zoo e animali selvatici nelle vicinanze. Il team di Clare della Queen Mary University di Londra ha rilevato il DNA di 25 specie di mammiferi e uccelli, e anche il DNA del riccio eurasiatico, che è in pericolo nel Regno Unito. Il team di Bohmann dell'Università di Copenhagen ha rilevato 49 specie di vertebrati non umani, tra cui mammiferi, uccelli, rettili, anfibi e pesci. Questi includevano animali da zoo come l'okapi e l'armadillo e anche il guppy in uno stagno nella casa tropicale, animali locali come gli scoiattoli, e animali nocivi come il ratto marrone e il topo domestico. Inoltre, hanno rilevato specie di pesci usati come mangime per altri animali nello zoo. Entrambe le squadre hanno preso misure estese per controllare che i loro campioni non fossero contaminati, anche dal DNA già presente nei loro laboratori.


Scegliendo uno zoo per il luogo dei loro studi, i ricercatori conoscevano la posizione di una grande collezione di specie non autoctone, in modo da poter dire la differenza tra un segnale reale e un contaminante. Inizialmente avevamo pensato di andare in una fattoria, ma se raccogli il DNA di una mucca devi chiederti: "Quella mucca è qui o è qualche mucca a cento miglia di distanza o nel pranzo di qualcuno?", dice Clare. "Ma usando lo zoo come modello non c'è altro modo per rilevare il DNA di una tigre, se non la tigre dello zoo. Ci permette di testare davvero i tassi di rilevamento".


"Una cosa che entrambi i nostri laboratori fanno è sviluppare e applicare nuovi strumenti, quindi forse non è così sorprendente che entrambi siamo finiti con la stessa idea allo stesso tempo", dice Clare.


Tuttavia, il fatto che entrambi i gruppi di ricerca stiano pubblicando allo stesso tempo sulla rivista Current Biology è tutt'altro che casuale. Dopo aver visto i rispettivi articoli su un server di preprint, i due gruppi hanno deciso di presentare insieme i loro manoscritti alla rivista. "Abbiamo deciso che avremmo preferito rischiare un po' e dire che non siamo disposti a competere su questo", dice Clare. "In effetti, è un'idea così folle che è meglio avere conferme indipendenti che questo funziona". Entrambe le squadre sono molto ansiose di vedere lo sviluppo di questa tecnica".


Pubblicazioni di riferimento:

Christina Lynggaard, Mads Frost Bertelsen, Casper V. Jensen, Matthew S. Johnson, Tobias Guldberg Frøslev, Morten Tange Olsen, Kristine Bohmann. Airborne DNA ambientale per il monitoraggio della comunità vertebrata terrestre. Biologia corrente, 2022; DOI: 10.1016/j.cub.2021.12.014

Elizabeth L. Clare, Chloe K. Economou, Frances J. Bennett, Caitlin E. Dyer, Katherine Adams, Benjamin McRobie, Rosie Drinkwater, Joanne E. Littlefair. Misurare la biodiversità dal DNA nell'aria. Biologia corrente, 2022; DOI: 10.1016/j.cub.2021.11.064

Fonte: www.cell.com


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