Un majestuoso gato mínimo pasearon por los bosques costeros de Florida. Cerca, las serpientes de cascabel Diamondback se deslizaron a través del terreno fangoso, los “cachorros” de cocodrilo patrullaron las aguas y las arañas venenosas esperaron presas. Mientras tanto, Trekkers exploró los Grand Oaks, abofeteó a mosquitos y buscaron murciélagos y águilas pescadoras.
Esto puede sonar como un episodio de Planeta tierra—Pero no había cámaras. En cambio, científicos Fragmentos microscópicos recolectados de ADN en el aire con un vacío. Documentaron a los animales corriendo esto ADN ambientalo edna, a través de un dispositivo de vanguardia del tamaño de un mazo de cartas. El dispositivo puede hacer más. A mitad de camino del mundo en la ciudad de Dublín, conocido por sus pubs, música y alegría, el equipo lo usó para detectar rastros de ADN de los hongos mágicos, amapola y mágicos que flotaban en la brisa. Reunieron perfiles genómicos con una velocidad asombrosa, capturando paisajes genéticos enteros en solo dos días.
“El nivel de información que está disponible en el ADN ambiental es tal que solo estamos comenzando a considerar cuáles pueden ser las aplicaciones potenciales, desde los humanos hasta la vida silvestre y otras especies que tienen implicaciones para la salud humana”. dicho El autor de estudio David Duffy en la Universidad de Florida en un comunicado de prensa.
El dispositivo es una herramienta poderosa que se puede utilizar para monitorear la biodiversidad, los virus emergentes y los medicamentos ilícitos, pero también puede detectar el patrimonio genético de las personas que se que iban a la cercana. Aunque no se utilizó para identificar a las personas en el estudio, los autores advirtieron que EDNA en el aire “podría proporcionar un potencial muy poderoso para la vigilancia a nivel particular person para … humanos”.
Sin embargo, “es un trabajo que empuja los límites”, Ryan Kelly de la Universidad de Washington, que no participó en el estudio, dijo Ciencia.
Un tesoro de datos
Las criaturas vivientes arrojan materials genético. Hongos, plantas, animales, humanos, bacterias, virus, todos dejan huellas dactilares genéticas invisibles mientras deambulan por el mundo.
Como tecnologías para leer ADN, conocido como secuenciación genética—He avanzado, los científicos han comenzado a capturar el ADN en el entorno ambiente para tomar un censo de las criaturas vivientes allí.
Alguno han encontrado miles de especies bacterianas en las profundidades de nuestros océanos. Otros están rastreando las especies oceánicas Usando “esponjas” de ADN o Criaturas terrestres Analizando a Edna ingerido de escarabajos de estiércol. Estos estudios también pueden monitorear virus emergentes de animales—Sal como aquellos en los mercados de vida silvestre, capturando y analizando moléculas genéticas.
Duffy cree que Edna podría vigorizar los esfuerzos de conservación. En 2022, su equipo ideó un camino para monitorear las tortugas marinas en peligro de extinción en la costa de Florida. Estos animales son difíciles de rastrear. Deambulan múltiples hábitats, incluido el mar abierto, los ecosistemas costeros y las playas.
Aunque originalmente desarrollado para rastrear microbios, Duffy y Staff presentado El edna se puede usar para detectar pequeños trozos de materials genético del cabello, la piel, las escamas y los fluidos que quedan en enviornment y agua. El equipo también recogió peligrosos patógenos de las tortugas marinas, incluido un virus que causa tumores en las tortugas. Desde entonces, ellos han Edna humano capturado Desde océanos, ríos y enviornment, y pueden identificar voluntarios individuales en función de sus huellas en la playa.
Aunque las muestras de edna generalmente se recogen del agua y la tierra, también flotan en la brisa. Esto llevó al equipo a preguntar: ¿cuánta información podemos recopilar del aire?
Traer la escopeta
La mayoría de los estudios de EDNA utilizan una tecnología llamada metabarcoding. Aquí, los científicos extraen ADN de una muestra, por ejemplo, agua de un pantano de Florida o un pub de Dublín, y secuencian el ADN. Para detectar qué especies están presentes, cada fragmento de ADN se combina con un código de barras en una biblioteca de datos. El método puede ser preciso, pero tiene algunas deficiencias.
Por un lado, el enfoque solo puede identificar secuencias de edna ya en la base de datos. Los códigos de barras son un poco como los que están en productos en el supermercado, solo en lugar de manzanas o cebollas, son pequeños fragmentos de ADN únicos para una especie. Solo puede detectar organismos con los cebadores existentes. Es decir, cuando el sistema escanea un pedazo de ADN, no se registrará a menos que ya haya un código de barras presente. El método también es costoso y lleva días, si no semanas, procesar una sola muestra.
Duffy y el equipo recurrieron a un método llamado secuenciación de escopeta, que controla aleatoriamente las secuencias de ADN en miles de millones de fragmentos llamados “lecturas”. Aunque el enfoque es poderoso, está languideciendo en el pasado debido al costo y el tiempo para juntar fragmentos genéticos individuales y combinarlos con un grupo de organismos. El {hardware} también period voluminoso, más o menos del tamaño de un refrigerador, lo que dificulta la incorporación del campo. Se usaba principalmente para estudiar microbios, no animales o humanos.
Gracias a la computación en la nube y la secuencia profunda, un tipo de secuenciación de ADN donde se lee la misma región de ADN muchas veces, ahora es posible hacer secuenciación de escopeta en la naturaleza.
El equipo usó un dispositivo portátil con un tubo de vacío para chupar el ADN del aire. Durante dos años, recolectaron muestras en una gama de ubicaciones urbanas y rurales y produjeron 78 conjuntos de datos de secuenciación de escopetas.
“Cuando comenzamos, parecía que sería difícil obtener grandes fragmentos intactos de ADN del aire. Pero ese no es el caso. En realidad estamos encontrando mucho ADN informativo”. dicho Duffy.
En un experimento, rastrearon bobats reuniendo a Edna cerca de pistas de animales durante una semana. Descubrieron que contenía ADN de Bobcat de una población salvaje y una a base de zoológico, lo que sugiere que la tecnología podría usarse para monitorear los linajes animales. También recolectaron ADN en el aire cerca de las arañas venenosas y descubrieron que sus genomas difieren de los del Caribe o América del Sur. Sin tener que poner los ojos en los animales, el equipo pintó una imagen de especies que prosperan en los bosques costeros de Florida.
Mientras tanto, Dublín tenía un perfil de Edna completamente diferente. El dispositivo identificó 63 virus en muestras de aire en toda la ciudad junto con una serie de alérgenos, como los de maní y polen de árboles. También encontró evidencia de drogas ilícitas, incluidos los hongos mágicos.
Un dilema genético
La tecnología no es un ojo que todo lo ve, y es posible sobreinterpretar los resultados.
Se basa en los algoritmos para unir el ADN y algunos podrían ser ADN aleatorio que flota en el aire. Además, algunas aplicaciones, como las relacionadas con el ADN humano, podrían ser beneficiosos pero también en el riesgo de consecuencias negativas inesperadas, escribieron los autores. En Florida y Dublín, podían identificar la ascendencia genética de las personas que caminan por un lugar. El equipo se abstuvo intencionalmente de identificar personas individuales en el estudio, aunque tiene ya estado hecho.
“Al igual que con las tecnologías de inteligencia synthetic, el genio de Edna humano no puede ser devuelto a la botella”, escribió el equipo. La tecnología se puede utilizar para fines buenos o nefastos. Por ahora, el equipo espera devolver a Edna a sus raíces, para salvar y conservar la vida silvestre.
“Parece ciencia ficción, pero se está convirtiendo en un hecho científico”, dicho Duffy.
