科學家能從空氣採集 DNA!這項讓人「無所遁形」技術新突破

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 11 日 0:00 | 分類 生物科技 , 科技趣聞 Telegram share ! follow us in feedly


DNA 是生物發育和正常運作必不可少、攜帶遺傳訊息的生物大分子。

即便兩個沒有血緣關係的個體,DNA 序列相同部分也可達 99.9%,因此比對 DNA 樣本並不需要整個 DNA 序列分析。整體而言,基於 DNA 做親子鑑定、法醫鑑定等,是可靠的方法。不過在犯罪現場,DNA 污染的情況時有發生,增加辨識罪犯的難度。這種情況和科學界術語 eDNA 有相似之處。

eDNA(Environmental DNA)即環境 DNA,指環境樣本發現的不同生物基因組 DNA 混合。近日英國倫敦瑪麗女王大學研究團隊達成從空氣直接收集 eDNA。想像一下,未來辨識犯罪現場的複雜度將降低很多。

3 月 31 日,相關研究成果發表於學術期刊《PeerJ》,題為《eDNAir: proof of concept that animal DNA can be collected from air sampling》(eDNAir:動物 DNA 可以從空氣樣本中收集的概念證明)。

「eDNA 讓我們無處遁形」

目前 eDNA 正越來越多用在生物監測、物種佔有率研究及瀕危物種、入侵物種的監測,特別是針對水生生態系統。簡單講,某動物在某環境生活,DNA 可能掉落各處,因此 eDNA 樣本包含的可能有土壤、沉積物、排泄物、空氣、水體甚至生物本身。具體到水生環境,eDNA 樣本可來自排泄物、腐爛的生物體或組織碎片、生殖細胞等。

隨著 DNA 檢測技術愈發成熟,科學家甚至可從環境樣本直接檢測到動物的DNA。透過這方法,2018 年 4 月,美國華盛頓州立大學助理教授 Caren Goldberg 證實全球第四隻斑鱉(中國國家一級保護動物,龜類最瀕危物種之一)的存在。紐西蘭奧塔戈大學基因組和生殖專家 Neil Gemmell 及團隊也希望藉此方法,分析尼斯湖湖水樣本,旨在找到更多關於尼斯湖水怪的證據。

正因如此,有一說法:這項技術終將讓我們無所遁形。

不少人看來,分析研究 eDNA 本質上就是分析 DNA 屬於哪些物種,與傳統動植物分類調查是同樣道理。比起傳統採樣,eDNA 研究對生態系統造成的損害小,速度也更快。

針對水污染問題,科學家的檢測方法是設計試劑盒,以便快速純化、提取水樣本 eDNA。倫敦瑪麗女王大學設計的空氣提取 eDNA,可說是重要突​​破。

動物 DNA 可直接從空氣收集

研究團隊將透過空氣主動收集、過濾哺乳動物 eDNA 來源的方式稱為 airDNA。研究評估主要有幾點:

  • 從空氣提取 DNA 的可行性。
  • 何種空氣量、何種水生 eDNA 過濾方法可直接應用於 airDNA。
  • airDNA 來源。

團隊的研究對象是裸鼴鼠(Heterocephalus glaber),打造 15 個佔地面積為 3×4 公尺的裸鼴鼠飼養室,總共有 225 隻裸鼴鼠。使用兩種尺寸過濾器,研究團隊共收集 5、10、20 分鐘空氣樣本共 12 個。之後進入 PCR 階段。PCR 全稱是 Polymerase Chain Reaction,即聚合酶鍊式反應,用於放大擴增特定 DNA 片段的分子生物學技術。簡單來講,這種技術就是複製生物體外的特殊 DNA,將微量 DNA 大幅增加。

維基百科介紹:

這是簡單、廉價和可靠的複製 DNA片段法,適用現代生物學和相關科學等許多領域。PCR 可能是分子生物學使用最廣泛的技術。短時間內可大量擴增目的基因,而不必依賴大腸桿菌或酵母菌等生物體。這種技術用於生物醫學研究、犯罪蒐證和分子考古學。

PCR 後,團隊以 Sanger 法測序分析 DNA 鹼基序列。研究團隊成功檢測出空氣樣本的裸鼴鼠 DNA,更重要的是,科學家還在樣本發現人類 DNA(來自接觸過飼養室的研究人員)。

研究團隊認為:

鑑於這方法的有效性和非侵入性,將 eDNA 用作生物監測工具,將是快速發展的領域。

未來空氣取樣法必將使法醫鑑定、犯罪現場分析更有效率。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:pixabay

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