Автор : Bonnie Waycott
Стаття від : 24 червня 2024 року
Переклад зроблено фахівцями Державної установи “Методично-технологічний центр з аквакультури”
Дослідники використовують екологічну ДНК для вивчення її потенціалу для моніторингу аквакультури на віддалених японських островах Огасавара (Ogasawara )
Японські дослідники використовують е-ДНК для вивчення біорізноманіття біля островів Огасавара, що дозволяє проводити моніторинг аквакультури. Фото Prof. Tim Ravasi.
Японські острови Огасавара – це ізольований ланцюг невеликих вулканічних островів за тисячу кілометрів на південь від Токіо. Через їхню цінність як осередку біорізноманіття з безліччю унікальних видів, їх охрестили Галапагосами Сходу і внесли до списку Всесвітньої природної спадщини ЮНЕСКО.
Хоча острови майже не зазнали прямого втручання людини, вони все ще вразливі до таких змін, як зміна клімату, а їхнє розташування ускладнює регулярну оцінку їхнього екологічного здоров’я. Одним із способів вирішення цієї проблеми є секвенування екологічної ДНК, або еДНК. Збираючи ДНК з різних зразків навколишнього середовища, включаючи воду, ґрунт і повітря, дослідники можуть отримати більш детальне уявлення про види, які живуть у навколишньому середовищі, ніж це було б можливо, якби вони покладалися лише на ідентифікацію видів за зовнішнім виглядом.
У 2021 році дослідницька група з Університету Рюкю (UR) та Окінавського інституту науки і технологій (OIST) на півдні Японії відвідала острови Огасавара з метою підрахунку морського різноманіття островів, включаючи рибу та корали. Їхнє дослідження було опубліковане в журналі Environmental DNA в лютому 2024 року. Зразки морської води, зібрані аспірантом OIST і першим автором дослідження Ayşe Haruka Oshima Açıkbaş, виявили 38 унікальних родів коралів і 124 унікальних види риб, причому обидва набори даних включають види, що живуть за межами своїх відомих ареалів.
“Острови надзвичайно цікаві з точки зору гібридизації та морського різноманіття”, – розповів Advocate професор UR James Reimer, – “Ми хотіли дослідити різноманіття дуже ізольованих океанських островів і порівняти його з іншими регіонами, такими як материкова Японія або континентальна Австралія. Ми зібрали морську воду з дев’яти пунктів відбору проб навколо Чічіджіма (Chichijima), одного з островів Огасавара, і екстрагували з них еДНК.”
“Окрім величезного розмаїття видів, ми також побачили докази місцевого знебарвлення коралів, що є, мабуть, однією з найбільших проблем для островів”, – сказав професор Timothy Ravasi з OIST. “Віддалені острови, такі як Огасавара, більш схильні до стресу, оскільки мають менше зв’язку з іншими регіонами. Види є досить ізольованими генетично, що може зробити їх більш вразливими до екологічних змін, таких як зміна клімату.”
Робота Reimer, Ravasi, Oshima Açıkbaş та їхньої команди, включаючи професора Nori Satoh з OIST, також демонструє вплив людського розвитку на біорізноманіття. Група взяла зразки морської води з трьох місць уздовж затоки Футамі, де розташований порт для головного поселення. На диво, такі споруди, як порти, мали величезне розмаїття риб, каже Ravasi. Однак, певні морські угруповання також зазнали радикальних змін, можливо, через екстенсивну забудову узбережжя.
“Ці контрастні особливості рибних і коралових угруповань можуть бути зумовлені специфічними для видів і таксонів реакціями та вразливістю до екологічних коливань, а також їхньою довготривалою стійкістю в умовах зміни клімату та інших антропогенних впливів,” – каже Oshima Açıkbaş
Чи можна застосувати технологію еДНК, яка використовується на островах Огасавара, до інших прикладів людського розвитку на морі, а саме до аквакультури? Kailash Bohara, спеціаліст з питань аквакультури та діагностики в Університеті Арканзасу в Пайн- Блафф, досліджує еДНК як спосіб моніторингу патогенів у прісноводних системах аквакультури. Він каже, що це може слугувати багатьом цілям у секторі, який відіграє ключову роль у глобальному постачанні продовольства.
“Хоча найбільш поширеним застосуванням цього методу є дослідження окремих видів, поточні дослідження відкривають його потенціал для спостереження за хворобами та паразитами, а також для моніторингу шкідливого цвітіння водоростей”, – сказав він. “Як неінвазивний метод, це перспективний інструмент, особливо для діагностики захворювань, а також для прогнозування захворювань. Ми можемо прогнозувати захворювання шляхом кількісної оцінки патогенного навантаження на основі обсягів еДНК.”
Найважливішою перевагою еДНК є невибагливість у отриманні зразків з різних матеріалів і речовин. Зусилля та витрати на моніторинг також можуть бути значно зменшені. Хоча мічення та акустичні дослідження визнані більш точними та надійними способами моніторингу, мічення потребує фізичної імплантації, тоді як акустичні дослідження ще недостатньо досконалі для виявлення на видовому рівні. Поєднання екологічної ДНК з цими методами може значно підвищити точність, сказав Bohara, але аквакультурі необхідно враховувати кілька факторів.
“Параметри довкілля, такі як температура, світло та солоність, можуть впливати на виявлення еДНК”, – каже він. “Ферменти та хімічні реакції у воді також можуть руйнувати ДНК, впливаючи на її чистоту, в той час як іншою проблемою є очищення та деградація нуклеїнових кислот, що може призвести до хибнопозитивних або хибнонегативних результатів.”
Kailash Bohara, спеціаліст з аквакультури та діагностики в Університеті Арканзасу в Пайн-Блафф досліджує еДНК як спосіб моніторингу патогенів у прісноводних системах аквакультури. Він каже, що це може слугувати багатьом цілям у секторі, який відіграє ключову роль у глобальному постачанні продовольства. Фото Kailash Bohara.
Професор Martin Llewellyn з Університету Глазго у Великобританії досліджує вплив планктонних спільнот на лососеві ферми в Шотландії. Він та його команда використовують еДНК для вивчення середовища вирощування лосося та основних факторів, що спричиняють хвороби та смертність.
Llewellyn погоджується, що хоча екологічна ДНК дає уявлення про динаміку довкілля, не існує універсального методу, який би ідеально підходив для всіх.
“Меташтрихове кодування еДНК є недосконалим інструментом, як з точки зору його здатності точно перерахувати організми в навколишньому середовищі, так і з точки зору його здатності виявляти конкретні види”, – каже він. “Лососеві фермери хочуть мати недорогий, відтворюваний спосіб оцінки чисельності певного виду, і більш цілеспрямовані підходи, такі як qPCR, можуть забезпечити це в майбутньому. Існують способи застосування підходу еДНК на фермах, наприклад, за допомогою тест-зондів у саджалці або виробничому приміщенні. еДНК є потенційно дуже корисним інструментом, але все ще існує фаза дослідженні, яке має бути виконано.”
Повертаючись до островів Огасавара, команда UR та OIST вважає, що великомасштабна аквакультура є малоймовірною через віддаленість островів та брак відповідного простору, видів та споживачів. Однак вони кажуть, що за допомогою еДНК аквакультура може адаптуватися у віддалених середовищах, які мають унікальне біорізноманіття.
“e ДНК може розкрити багато інформації, – каже Ravasi. “Це платформа для відкриттів, яка може допомогти фермерам збирати і каталогізувати біорізноманіття і допомагати їм приймати відповідальні управлінські рішення. Вона також може пролити світло на те, як морські спільноти можуть змінюватися з часом через зміну клімату або розвиток прибережних територій.”
“Підтримка біорізноманіття в морському середовищі залежить від мінімізації забруднення та зменшення надходження поживних речовин у водні об’єкти для контролю цвітіння водоростей,” – каже Bohara. “Використання еДНК для моніторингу цвітіння водоростей, хвороб і паразитів може допомогти в прогнозуванні та вирішенні будь-яких проблемнх ситуацій, в той час як оптимізація процесів екстракції та очищення, а також розуміння швидкості деградації можуть оптимізувати метод еДНК.”
“Окрім величезного розмаїття видів, ми також побачили докази місцевого знебарвлення коралів, що є, мабуть, однією з найбільших проблем для островів”, – каже професор Timothy Ravasi з OIST. “Віддалені острови, такі як Огасавара, більш схильні до стресу, оскільки мають менше зв’язку з іншими регіонами. Види є досить ізольованими генетично, що може зробити їх більш вразливими до екологічних змін, таких як зміна клімату.” Photo by James Reimer.
Хоча еДНК в аквакультурі має значні перспективи, однією з областей, на яку слід звернути увагу, є вдосконалення методів еДНК для більш точного і надійного моніторингу патогенів і водоростей, сказав Bohara, з метою поліпшення стратегій спостереження за захворюваннями та управління ними.
Досягнення в галузі еДНК також можуть призвести до вдосконалення методів оцінки здоров’я екосистем, біорізноманіття та впливу на навколишнє середовище в аквакультурі, формуючи майбутнє сталих практик.
“Я хотів би, щоб виявлення патогенних мікроорганізмів за допомогою еДНК стало більш поширеним явищем, – сказав Llewellyn. “Також було б добре мати веб-платформи, які автоматично аналізують дані еДНК, щоб фермерським господарствам не доводилося чекати на результати, і які б дозволяли краще обмінюватися даними еДНК. Правильно зрозуміти динаміку планктону можна лише шляхом порівняння між різними роками або місцевостями.”
Відкриття біля островів Огасавара підкреслюють важливість інтеграції екологічної ДНК в екологічні дослідження та природоохоронні практики для вирішення проблем, які створює людська діяльність для біорізноманіття та здоров’я екосистем, зазначають Reimer, Ravasi та Oshima Açıkbaş. Тепер цей метод може запропонувати більше – допомогти ключовому сектору зменшити загрози захворювань і розробити своєчасні стратегії управління та контролю.
Посилання на оригінал цієї статті : Japanese researchers deploy environmental DNA to understand biodiversity and solve aquaculture riddles
