科學(xué)家能從空氣中直接采集 DNA！這項(xiàng)讓人「無處遁形」的技術(shù)有了新突破

本文作者：付靜

2021-04-07 18:18

導(dǎo)語：分析研究 eDNA 本質(zhì)上和傳統(tǒng)的動(dòng)植物分類調(diào)查是一個(gè)道理。

DNA，是生物體發(fā)育和正常運(yùn)作必不可少的、攜帶遺傳信息的生物大分子。

即便是兩個(gè)沒有血緣關(guān)系的個(gè)體，DNA 序列的相同部分也可達(dá)到 99.9%，因此對(duì)比 DNA 樣品并不需要對(duì)整個(gè) DNA 序列進(jìn)行分析。整體而言，基于 DNA 做親子鑒定、法醫(yī)鑒定等，是可靠的方法。

不過在犯罪現(xiàn)場(chǎng)，DNA 被污染的情況時(shí)有發(fā)生，這將會(huì)增加識(shí)別罪犯的難度。

實(shí)際上，這種情況和科學(xué)界的一個(gè)術(shù)語 eDNA 有相似之處。

eDNA（Environmental DNA），即環(huán)境 DNA，指環(huán)境樣品中所有被發(fā)現(xiàn)的不同生物的基因組 DNA 的混合。

近日，來自英國(guó)倫敦瑪麗女王大學(xué)的一組研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從空氣中直接收集 eDNA——想象一下，未來識(shí)別犯罪現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜度將在很大程度上降低。

2021 年 3 月 31 日，相關(guān)研究成果正式發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊 PeerJ，題為 eDNAir: proof of concept that animal DNA can be collected from air sampling（eDNAir：動(dòng)物 DNA 可以從空氣樣品中收集的概念證明）。

科學(xué)家能從空氣中直接采集 DNA！這項(xiàng)讓人「無處遁形」的技術(shù)有了新突破

“eDNA 讓我們無處遁形”

當(dāng)前，eDNA 正被越來越多地用于生物監(jiān)測(cè)、物種占有率研究及瀕危物種、入侵物種的監(jiān)測(cè)，特別是針對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)。

簡(jiǎn)單來講，某一動(dòng)物在某一環(huán)境中生活，其 DNA 可能會(huì)掉落到各處，因此 eDNA 樣品中所包含的可能有土壤、沉積物、排泄物、空氣、水體甚至生物本身。具體到水生環(huán)境，eDNA 樣品可以來自排泄物、腐爛的生物體或組織碎片、生殖細(xì)胞等。

隨著 DNA 檢測(cè)技術(shù)愈發(fā)成熟，科學(xué)家們甚至可以從環(huán)境樣本中直接檢測(cè)到動(dòng)物身上的 DNA。

正是通過這樣的方法，在 2018 年 4 月，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)助理教授 Caren Goldberg 證實(shí)了全球第四只斑鱉（中國(guó)國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物，是龜類中最瀕危物種之一）的存在。

另外，新西蘭奧塔戈大學(xué)基因組和生殖專家 Neil Gemmell 及其團(tuán)隊(duì)也希望借此方法，分析尼斯湖湖水樣本，旨在找到更多關(guān)于尼斯湖水怪的證據(jù)。

正因如此，有這樣一個(gè)聲音存在：這項(xiàng)技術(shù)終將讓我們無處遁形。

在不少人看來，分析研究 eDNA 本質(zhì)上就是分析 DNA 分別屬于哪些物種，與傳統(tǒng)的動(dòng)植物分類調(diào)查是一個(gè)道理。

其實(shí)相比傳統(tǒng)的采樣方法，eDNA 研究對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的損害要小得多，速度也會(huì)更快。

此前針對(duì)水樣污染的問題，科學(xué)家們的檢測(cè)方法是設(shè)計(jì)試劑盒，以便快速純化、提取水樣 eDNA。而倫敦瑪麗女王大學(xué)設(shè)計(jì)的從空氣中提取 eDNA 的方法，可以說是一項(xiàng)重要突破。

動(dòng)物 DNA 可直接從空氣中收集

研究團(tuán)隊(duì)將這種通過空氣主動(dòng)收集、過濾哺乳動(dòng)物 eDNA 來源的方式稱為 airDNA。

其研究所做的評(píng)估主要有這樣幾點(diǎn)：

從空氣中提取 DNA 的可行性
何種空氣量、何種水生 eDNA 過濾方法可以直接應(yīng)用于 airDNA
airDNA 的來源

在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)選取的研究對(duì)象是裸鼴鼠（Heterocephalus glaber）——百度百科稱，裸鼴鼠是哺乳動(dòng)物的杰出代表，表面皮膚上幾乎無毛，并完全沒有疼痛感，壽命是其它鼠類生物壽命的 10 倍，身體中具有癌癥的天然抗性物質(zhì)。

研究團(tuán)隊(duì)打造了 15 個(gè)占地面積為 3 m×4 m 的裸鼴鼠飼養(yǎng)室，飼養(yǎng)室里總共有 225 只裸鼴鼠。

通過使用兩種尺寸的過濾器，研究團(tuán)隊(duì)共收集了五、十、二十分鐘的空氣樣本共 12 個(gè)。

在空氣樣本提取好之后，進(jìn)入 PCR 階段。

PCR 全稱是 Polymerase Chain Reaction，即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，指一種用于放大擴(kuò)增特定 DNA 片段的分子生物學(xué)技術(shù)。

簡(jiǎn)單來講，這種技術(shù)就是將生物體外的特殊 DNA 進(jìn)行復(fù)制，將微量的 DNA 大幅增加。

正如百度百科所介紹的那樣：