Estudiar el ADN ambiental para comprender la biodiversidad invisible
Un proyecto de investigación de vanguardia tomará muestras de ADN ambiental en el aire para ayudar a los investigadores a conocer mejor la biodiversidad oculta que nos rodea.
Todos los organismos vivos arrojan constantemente fragmentos de su ADN al medio ambiente que los rodea. Incluso pequeñas cantidades de este ADN ambiental, ADNe, pueden detectarse en el aire.
Investigadores del Instituto Earlham en Norwich y el Museo de Historia Natural han comenzado un proyecto de un año de duración para capturar y estudiar este ADNe en el aire de diferentes entornos para aprender más sobre la biodiversidad que normalmente no podemos ver.
Capturando lo invisible
Los investigadores desarrollaron una tecnología que aspira grandes volúmenes de aire a través de un filtro para atrapar material biológico flotante cercano que puede analizarse para determinar las especies presentes.
“Hay cantidades extremadamente pequeñas de material biológico en el aire que podemos tomar como muestra. Tenemos que aspirar mucho aire (miles de litros) para estar seguros de que habremos capturado cualquier rastro de los organismos que puedan estar en un hábitat concreto”, explica el Dr. Richard Leggett, que dirigió el desarrollo tecnológico que sustenta este proyecto en el Instituto Earlham.
“La tecnología de vanguardia que estamos utilizando, junto con las nuevas técnicas que hemos desarrollado, nos permite encontrar y secuenciar rápidamente cualquier ADN que haya en el aire, que podría provenir de plantas, animales, bacterias, virus o incluso alérgenos."
A medida que la tecnología captura ADNe de especies muy diferentes, el grupo desarrolló MARTi, un software de acceso abierto diseñado específicamente para analizar muestras mixtas.
"Con el ADNe que estamos recolectando del aire, habrá fragmentos de muchas especies diferentes", explica Mia Berelson, estudiante de doctorado del NRPDTP en el Grupo Leggett. "Es como recibir una o dos piezas de muchos rompecabezas diferentes y luego intentar completarlas todas al mismo tiempo ".
A medida que se leen los fragmentos de ADN, MARTi registra y analiza lo que encuentra y compara la secuencia con bibliotecas de referencia en línea. Si no se encuentra ninguna coincidencia, el material permanece "sin clasificar".
Perfiles distintos
La tecnología se está implementando en ocho sitios en Norfolk; a lo largo de la costa, en los bosques, las llanuras y las zonas urbanas. Cada sitio ha producido un perfil distinto, que será rastreado durante el próximo año para revelar nuevos conocimientos sobre la biodiversidad oculta y las diferencias entre hábitats.
"Tenemos la suerte de estar ubicados en un condado con una gama tan excepcionalmente diversa de hábitats y especies", añade el Dr. Leggett. "Esto nos brinda una oportunidad bastante única de utilizar el aire para explorar la biodiversidad en diferentes entornos y estaciones, todo sin salir de Norfolk".
Las primeras muestras revelaron ADN de plantas, animales, bacterias y hongos de todos los sitios, y la mayor parte del material biológico procedía de plantas. “Tenemos una idea bastante clara de algunas de las especies que podríamos esperar encontrar y, en esta época del año, no sorprende encontrar mucho polen en el aire. Pero podemos detectar cosas que no podemos identificar o que nunca antes se habían registrado en la región”, dice Leggett. "No estoy sugiriendo que capturemos evidencia de un monstruo del Lago Ness en los Broads, pero este es uno de los mejores enfoques para encontrar rastros de especies que normalmente nos costaría detectar a simple vista".
Cultivos de interés
Uno de los principales intereses de investigación del grupo son los patógenos de los cultivos, y los resultados mostraron la roya amarilla, un patógeno grave de los cultivos, en un campo de trigo. Estos patógenos se propagan por el viento y pueden ser devastadores para los agricultores, que no pueden detectarlos hasta que aparecen signos visibles de infección en las plantas, momento en el que ya es demasiado tarde para salvarlas.
"Los agricultores pueden utilizar el enfoque que hemos desarrollado para alertarlos sobre la aparición de patógenos, permitiéndoles tomar medidas inmediatas para minimizar las pérdidas de cultivos", dice el Dr. Daren Heavens, científico postdoctoral del Grupo Leggett. “Proporciona potencialmente un sistema de monitoreo imparcial y 'siempre activo' para leer continuamente las secuencias de ADN y ARN de microbios recolectados del aire. Y, como analizamos el genoma, podemos incluso identificar genes de resistencia o nuevas cepas emergentes”.