Ключ к разгадке тайны - найти правильные подсказки. Детективы дикой природы, стремящиеся защитить исчезающие виды, уже давно сталкиваются с трудностями из-за почти невозможности сбора образцов ДНК у редких и неуловимых животных. Теперь исследователи из Стэнфорда и Национального центра биологических наук при Индийском институте фундаментальных исследований Тата разработали метод быстрого и дешевого извлечения генетических ключей из деградировавших и оставленных материалов, таких как фекалии, кожа или слюна, а также из пищевых продуктов. подозревается в содержании находящихся под угрозой исчезновения животных.
Доказательство их концепции, изложенное 10 апреля в журнале «Методы экологии и эволюции», может революционизировать подходы и политику сохранения во всем мире, заявили исследователи.
«Это CSI встречается с биологией сохранения», - сказал соавтор Дмитрий Петров, профессор Мишель и Кевина Дуглас в Школе гуманитарных и естественных наук.
Призрак исчезновения навис над более чем четвертью всех видов животных, согласно наилучшей оценке Международного союза охраны природы, который ведет список находящихся под угрозой исчезновения и вымерших видов. Защитники природы зафиксировали резкое сокращение популяций животных во всех регионах Земли.
Подсказки из ДНК
Помощь видам в восстановлении часто зависит от сбора образцов ДНК, которые могут предоставить ценную информацию о деталях, начиная от инбридинга и истории популяции и заканчивая естественным отбором и крупномасштабными угрозами, такими как разрушение среды обитания и незаконная торговля дикими животными. Однако современные подходы, как правило, требуют относительно больших количеств ДНК или дорогостоящих и часто неэффективных стратегий извлечения материала. Быстрое получение значимой информации из образцов ДНК с низкой концентрацией, часто деградировавших и загрязненных, требует дорогостоящего и специализированного оборудования.
Решение может заключаться в продолжающемся сотрудничестве между Стэнфордской программой сохранения геномики, включая лаборатории Петрова и соавторов Элизабет Хэдли и Стивена Палумби, с Национальным центром биологических наук Индии, включая лабораторию соавтора Ума Рамакришнан, молекулярный эколог и бывший сотрудник Фулбрайта в Стэнфорде.
«Я работаю над генетикой сохранения тигров более десяти лет, но был разочарован тем, насколько медленным и ненадежным может быть процесс получения генетических данных», - сказал Рамакришнан. «Охране природы нужны быстрые ответы, а наши исследования не давали их достаточно быстро».
Исследователи изучили находящихся под угрозой исчезновения диких тигров в Индии и переловленных карибских королев, исследуя тигриные фекалии, линяющую шерсть и слюну, найденные на убитой добыче, а также жареные оладьи из раковин, купленные в ресторанах США. Все образцы были слишком загрязненными, смешанными или разложившимися для обычного генетического анализа.
«Наша цель состояла в том, чтобы найти чрезвычайно разные виды, которые имеют серьезные потребности в сохранении, и показать, как этот подход можно использовать в целом», - сказал Палумби, профессор морской биологии Джейн и Маршалл Стил-младший. «Король леса - тигры - и королева Карибского моря - раковина - были идеальными мишенями».
Недорого и эффективно
Вместе команда импровизировала новый подход, используя метод секвенирования, который амплифицирует и считывает небольшие фрагменты ДНК с уникальными различиями в каждом образце. Делая это одновременно со многими участками ДНК в одних и тех же пробирках, исследователи свели общее количество ДНК к минимуму. Создание процедуры, специфичной для ДНК тигра и раковины, позволило использовать образцы, зараженные бактериями или ДНК других видов.
Технология оказалась очень эффективной при выявлении и сравнении генетических характеристик. Например, метод работал с количеством ДНК тигра, эквивалентным примерно одной стотысячной количества ДНК в типичном образце крови. У этого метода был более высокий процент неудач на раковинах, потому что у исследователей не было целых геномов в их распоряжении.
Эффективность, скорость и доступность подхода - по словам исследователей, затраты на внедрение могут составлять всего 5 долларов за образец - представляют собой критический прогресс в области мониторинга дикой природы и криминалистики, тестирования в полевых условиях и использования науки в политические решения и торговля дикими животными.
«Его легко реализовать, и поэтому его можно проводить в лабораториях с доступом к более или менее базовому оборудованию», - говорит соавтор Мегана Натеш из Национального центра биологических наук и Университета Шастры в Индии. «Если следовать стандартной процедуре, полученными данными должно быть легко обмениваться и сравнивать между лабораториями. Таким образом, мониторинг населения в разных штатах или даже странах должен быть проще».
Ученые выложили свои методы в свободный доступ.