Отшелушивание кожи и физиологических жидкостей - это то, чего большинство людей предпочли бы избегать.
Но для такого морского биолога, как Шерил Льюис Эймс, доцента прикладной морской биологии Высшей школы сельскохозяйственных наук Университета Тохоку (Япония), такие остатки жизни стали волшебным ключом к обнаружению невидимого.
Любой организм, живущий в океане, неизбежно оставит после себя следы, содержащие его ДНК - экологическую ДНК (eDNA), которую можно обнаружить в пробах воды, взятых из океана
Только недавно технология молекулярного секвенирования стала достаточно продвинутой, чтобы проводить анализ эДНК в полевых условиях для выявления видов, которые могут быть исчезающими, инвазивными или опасными и в противном случае могут остаться незамеченными.
Эймс выбрал места отбора проб во Флорида-Кис (США), где встречаются виды перевернутых медуз Cassiopea, чтобы протестировать свой недавно разработанный набор для секвенирования eDNA Fieldable под названием FeDS.
Использование eDNA для идентификации нескольких видов представляет собой многоэтапный процесс, известный как метабаркодирование. Поскольку смешанная матрица ДНК должна быть сначала амплифицирована с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), эксперименты по метабаркодированию в полевых условиях стали возможны лишь недавно благодаря термоциклерам с батарейным питанием и другим портативным устройствам..
Определение идентичности вида по небольшим фрагментам ДНК, отфильтрованным из морской воды, требует использования секвенатора нового поколения (NGS), машины, которая традиционно занимает весь рабочий стол в лаборатории и требует наличия электрической розетки. Новизна портативной технологии Nanopore MinION, использованной в этом исследовании, заключается в том, что по мере того, как кусочки ДНК проходят через микроскопические поры в устройстве, различия в электрическом токе определяют уникальный код каждой нити ДНК.
Вместо обычно больших машин для секвенирования, используемых для выполнения такой задачи, Эймс и ее команда тестировали систему Nanopore размером с мобильный телефон, работающую от портативного компьютера. Капля приготовленной смеси эДНК, добавленная в портативный секвенатор, выявляет на экране генетический код всей проходящей через него ДНК в режиме реального времени.
Затем последовательности ДНК ищутся в огромной базе данных последовательностей, чтобы определить, какие виды представлены эДНК, собранной на месте в тот день. Обновленные «оффлайн» версии необходимого программного обеспечения и предварительная загрузка эталонной базы данных на ноутбук означали, что весь процесс меташтрихкодирования можно было проводить за стенами лаборатории, вдали от интернета.
Эймс и его команда обнаружили 53 вида медуз, включая Кассиопею, перевернутую медузу, два ядовитых вида коробчатых медуз, многие виды с гидроидными формами и два вида медуз с стеблями, о которых ранее не сообщалось во Флорида-Кис., что указывает на то, что этот процесс может выявить виды, которые в противном случае остались бы незамеченными.
«Я надеюсь, что однажды эта система будет использоваться для смягчения последствий укусов, почти как приложение прогноза погоды, которое также сообщает о «риске укусов медуз» на определенных пляжах», - сказал Эймс.
Эймс провела большую часть своего времени, проводя исследования в районах, где укусы желе являются обычным явлением, и предупреждения о том, есть ли в этом районе ядовитые желе, могут предотвратить бесчисленные травмы пловцов. Помимо практических целей в области рыболовства и охраны природы, тот факт, что проба океанской воды может выявить живущие поблизости организмы, является поистине чудом.