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ハンドヘルドデバイスは、驚異的な速度で空中DNAから遺伝的プロファイルを作成します

フロリダの沿岸森林を駆け抜けた雄大なボブキャット。近くでは、ダイヤモンドバックのガラガラヘビが泥だらけの地形を横切って滑り落ち、ワニ「沼地の子犬」が水をパトロールし、毒のクモが獲物を待っていました。一方、トレッカーはグランドオークスを探索し、蚊を平手打ちし、コウモリとオスプレイを探しました。これはエピソードのように聞こえるかもしれません 惑星地球- しかし、カメラはありませんでした。代わりに、科学者 空中DNAの顕微鏡スニペットを収集しました 真空で。彼らは、この環境DNA、またはエドナを、カードのデッキのサイズのサイズの最先端のデバイスを介して動作することで動物を文書化しました。デバイスはもっと多くのことができます。パブ、音楽、歓声で知られるダブリン市の世界中の途中で、チームはそれを使用して、雑草、ポピー、魔法のキノコからDNAトレースを吹き飛ばしました。彼らは驚異的な速度でゲノムプロファイルを組み立て、わずか2日で遺伝的景観全体を捉えました。「環境DNAで利用可能な情報のレベルは、人間から野生生物、人間の健康に影響を与える他の種まで、潜在的な用途が何であるかを考え始めているだけです」 言った 研究著者のデイビッド・ダフィーは、フロリダ大学のプレスリリースで。このデバイスは、生物多様性、新興ウイルス、および違法薬物を監視するために使用できる強力なツールですが、近くを追跡する人々の遺伝的遺産を検出することもできます。研究の個人を特定するために使用されていませんでしたが、著者らは、空中のエドナが「人間の個人レベルの監視のために非常に強力な可能性を提供できる」と警告しました。それにもかかわらず、「それは境界を奪う仕事です」とワシントン大学のライアン・ケリーは、研究に関与していませんでした。 言った 科学。データの山生き物は遺伝物質を流します。菌類、植物、動物、人間、細菌、ウイルス - すべてが世界を歩き回るときに目に見えない遺伝子指紋を残します。遺伝的配列決定として知られているDNAを読む技術が進歩しているため、科学者は周囲環境でDNAを捕獲して、そこに生きている生き物の国勢調査を受けるようになりました。私たちの海の深さに何千もの細菌種を発見した人もいます。その他は海洋種を追跡しています DNAの「スポンジ」の使用 または 陸上の生き物 糞の甲虫から摂取されたエドナを分析することにより。これらの研究は監視することもできます 動物からの新たなウイルス- 野生生物市場のものなど、遺伝子分子を捉えて分析することにより。ダフィーは、エドナが保全の努力を活性化できると考えています。 2022年、彼のチーム 方法を考案しました フロリダの海岸の絶滅危ed種のウミガメを監視する。これらの動物は追跡が困難です。彼らは、外海、沿岸生態系、ビーチなど、複数の生息地を歩き回っています。もともとは、微生物、ダフィー、チームを追跡するために開発されました 示した Ednaは、砂や水に残された髪、皮膚、鱗、および液体からの遺伝物質の小さな塊を検出するために使用できます。チームはまた、カメに腫瘍を引き起こすウイルスを含む、危険な海洋型病原体を拾い上げました。それ以来、彼らはそうしています 人間のエドナを捕らえた 海、川、砂から、そしてビーチでの足跡に基づいて個々のボランティアを特定できます。エドナのサンプルは通常、水と土地から拾われますが、風に浮かびます。これにより、チームは次のように尋ねました。空気からどれだけの情報を収集できますか？ショットガンを持ち込みますほとんどのEDNA研究では、MetAbarCodingと呼ばれる技術を使用しています。ここでは、科学者はサンプルからDNAを抽出します - たとえば、フロリダの沼地またはダブリンのパブからの水 - 、およびDNAのシーケンス。どの種が存在するかを検出するために、各DNAスニペットはデータライブラリのバーコードに一致します。この方法は正確な場合がありますが、いくつかの欠点があります。1つは、アプローチはデータベース内のEdnaシーケンスのみを識別することができます。バーコードは、食料品店で農産物を使用しているものに少し似ており、リンゴや玉ねぎの代わりにのみ、種に固有のDNAの小さなスニペットです。既存のプライマーでのみ生物を検出できます。つまり、システムがDNAの一部をスキャンする場合、すでにバーコードが存在しない限り登録しません。この方法もコストがかかり、数週間ではないにしても、単一のサンプルを処理するのに数日かかります。DuffyとTeamは、DNAシーケンスを「読み取り」と呼ばれる数十億のスニペットにランダムに刻むショットガンシーケンスと呼ばれる方法に目を向けました。このアプローチは強力ですが、個々の遺伝的スニペットをつなぎ合わせて生物のグループに合わせるためのコストと時間のために、過去には苦しんでいます。ハードウェアもかさばっていて、ほぼ冷蔵庫のサイズであるため、フィールドに持ち込むことが困難でした。それは主に動物や人間ではなく、微生物を研究するために使用されていました。クラウドコンピューティングと、同じDNA領域が何度も読み取られるDNAシーケンスのタイプであるディープシーケンスのおかげで、野生でショットガンシーケンスを行うことができます。チームは、空中からDNAを吸うために真空チューブを備えたハンドヘルドデバイスを使用しました。 2年間、彼らはさまざまな都市部と農村部の範囲でサンプルを収集し、78のショットガンシーケンスデータセットを生産しました。「私たちが始めたとき、空気からDNAの無傷の大きな断片を得るのは難しいように思われました。しかし、そうではありません。実際に多くの有益なDNAを見つけています。」 言った ダフィー。ある実験では、彼らは1週間動物のトラックの近くにエドナを集めてボブキャッツを追跡しました。彼らは、それが野生の個体群と動物園ベースのものからのボブキャットDNAが含まれていることを発見し、動物の系統を監視するために技術を使用できることを示唆しています。彼らはまた、毒クモの近くで空中DNAを収集し、カリブ海または南アメリカのゲノムとはゲノムが異なることを発見しました。動物に目を向けることなく、チームはフロリダの沿岸林で繁栄する種の絵を描きました。一方、ダブリンはまったく異なるEDNAプロファイルを持っていました。このデバイスは、ピーナッツや木の花粉のようなアレルゲンの多数のアレルゲンとともに、市内の空気サンプルで63のウイルスを特定しました。また、魔法のキノコを含む違法薬物の証拠も発見しました。遺伝的困難このテクノロジーはすべてを見る目ではなく、結果を過剰に解釈することが可能です。 「人工知能テクノロジーと同様に、人間のエドナジーニーをボトルに戻すことはできません」とチームは書いています。このテクノロジーは、良い目的または不気味な目的に使用できます。今のところ、チームはエドナをそのルーツに戻し、野生生物を救い、保護することを望んでいます。「サイエンスフィクションのように思えますが、科学の事実になりつつあります。」 言った ダフィー。 #ハンドヘルドデバイスは驚異的な速度で空中DNAから遺伝的プロファイルを作成します