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科学家能从空气中直接采集 DNA!这项让人「无处遁形」的技术有了新突破

DNA
作者:付静
2021/04/07 18:18

DNA,是生物体发育和正常运作必不可少的、携带遗传信息的生物大分子。

即便是两个没有血缘关系的个体,DNA 序列的相同部分也可达到 99.9%,因此对比 DNA 样品并不需要对整个 DNA 序列进行分析。整体而言,基于 DNA 做亲子鉴定、法医鉴定等,是可靠的方法。

不过在犯罪现场,DNA 被污染的情况时有发生,这将会增加识别罪犯的难度。

实际上,这种情况和科学界的一个术语 eDNA 有相似之处。

eDNA(Environmental DNA),即环境 DNA,指环境样品中所有被发现的不同生物的基因组 DNA 的混合。

近日,来自英国伦敦玛丽女王大学的一组研究团队实现了从空气中直接收集 eDNA——想象一下,未来识别犯罪现场的复杂度将在很大程度上降低。

2021 年 3 月 31 日,相关研究成果正式发表于学术期刊 PeerJ,题为 eDNAir: proof of concept that animal DNA can be collected from air sampling(eDNAir:动物 DNA 可以从空气样品中收集的概念证明)。

科学家能从空气中直接采集 DNA!这项让人「无处遁形」的技术有了新突破

“eDNA 让我们无处遁形”

当前,eDNA 正被越来越多地用于生物监测、物种占有率研究及濒危物种、入侵物种的监测,特别是针对水生生态系统。

简单来讲,某一动物在某一环境中生活,其 DNA 可能会掉落到各处,因此 eDNA 样品中所包含的可能有土壤、沉积物、排泄物、空气、水体甚至生物本身。具体到水生环境,eDNA 样品可以来自排泄物、腐烂的生物体或组织碎片、生殖细胞等。

随着 DNA 检测技术愈发成熟,科学家们甚至可以从环境样本中直接检测到动物身上的 DNA。

正是通过这样的方法,在 2018 年 4 月,美国华盛顿州立大学助理教授 Caren Goldberg 证实了全球第四只斑鳖(中国国家一级保护动物,是龟类中最濒危物种之一)的存在。

另外,新西兰奥塔戈大学基因组和生殖专家 Neil Gemmell 及其团队也希望借此方法,分析尼斯湖湖水样本,旨在找到更多关于尼斯湖水怪的证据。

正因如此,有这样一个声音存在:这项技术终将让我们无处遁形。

在不少人看来,分析研究 eDNA 本质上就是分析 DNA 分别属于哪些物种,与传统的动植物分类调查是一个道理。

其实相比传统的采样方法,eDNA 研究对生态系统造成的损害要小得多,速度也会更快。

此前针对水样污染的问题,科学家们的检测方法是设计试剂盒,以便快速纯化、提取水样 eDNA。而伦敦玛丽女王大学设计的从空气中提取 eDNA 的方法,可以说是一项重要突破。

动物 DNA 可直接从空气中收集

研究团队将这种通过空气主动收集、过滤哺乳动物 eDNA 来源的方式称为 airDNA。

其研究所做的评估主要有这样几点:

在实验中,团队选取的研究对象是裸鼹鼠(Heterocephalus glaber)——百度百科称,裸鼹鼠是哺乳动物的杰出代表,表面皮肤上几乎无毛,并完全没有疼痛感,寿命是其它鼠类生物寿命的 10 倍,身体中具有癌症的天然抗性物质。

研究团队打造了 15 个占地面积为 3 m×4 m 的裸鼹鼠饲养室,饲养室里总共有 225 只裸鼹鼠。

通过使用两种尺寸的过滤器,研究团队共收集了五、十、二十分钟的空气样本共 12 个。

在空气样本提取好之后,进入 PCR 阶段。

PCR 全称是 Polymerase Chain Reaction,即聚合酶链式反应,指一种用于放大扩增特定 DNA 片段的分子生物学技术。

简单来讲,这种技术就是将生物体外的特殊 DNA 进行复制,将微量的 DNA 大幅增加。

正如百度百科所介绍的那样:

无论是化石中的古生物、历史人物的残骸,还是几十年前凶杀案中凶手所遗留的毛发、皮肤或血液,只要能分离出一丁点的 DNA,就能用 PCR 加以放大,进行比对。

PCR 过后,团队通过 Sanger 法测序对 DNA 碱基序列进行分析。

科学家能从空气中直接采集 DNA!这项让人「无处遁形」的技术有了新突破

经过上述步骤,研究团队成功检测出了空气样本中的裸鼹鼠 DNA——更重要的是,科学家们还在样本中发现了人类 DNA(来自接触过饲养室的研究人员)。

研究团队认为:

鉴于这一方法的有效性和非侵入性,将 eDNA 用作生物监测工具,将是一个快速发展的领域。

未来,这种取样方法必将使得法医鉴定、犯罪现场分析变得更为高效。

对于这一研究,网友评价道:

异度侵入要成真了!


琥珀里的气泡,是不是含着恐龙的 DNA?侏罗纪公园还远吗?


玩家已可在空气中获取 NVIDIA。

对此你怎么看?

引用来源:

https://peerj.com/articles/11030/

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