Nousias, Orestis, Mark McCauley, Maximilian R. Stammnitz, Jessica A. Farrell, Samantha A. Koda, Victoria Summers, Catherine B. Eastman, Fiona G. Duffy, Isabelle J. Duffy, Jenny Whilde & David J. Duffy (2025): Shotgun sequencing of airborne eDNA achieves rapid assessment of whole biomes, population genetics and genomic variation. – Nature Ecology and Evolution 9: 1043–1060.
Die Shotgun-Sequenzierung von eDNA aus der Luft ermöglicht eine schnelle Bewertung ganzer Biome, der Populationsgenetik und genomischer Variationen.
DOI: 10.1038/s41559-025-02711-w ➚
Rafetus swinhoei,
© Gerald Kuchling
Die biologische Vielfalt und die damit verbundene genetische Vielfalt gehen in einem noch nie dagewesenen Tempo verloren. Gleichzeitig verändert sich die Verbreitung von Flora, Fauna, Pilzen, Mikroben und Krankheitserregern rapide. Neue Technologien können helfen, die genetische Vielfalt zu erfassen und aufzuzeichnen, bevor sie verloren geht, und Populationsverschiebungen und die Verbreitung von Krankheitserregern zu messen. Hier berichten wir über die schnelle Anwendung der Shotgun-Long-Read-Analyse von Umwelt-DNS (eDNA) für nicht-invasive Bewertungen der biologischen Vielfalt, der genetischen Vielfalt und von Krankheitserregern in der Luft. Außerdem haben wir eDNA aus der Luft mit eDNA aus Wasser und Boden verglichen. Die Kopplung der Long-Read-Sequenzierung mit etablierten Cloud-basierten Biodiversitäts-Pipelines ermöglichte es einem einzelnen Forscher, innerhalb von zwei Tagen von der Probenahme aus der Luft bis zur vollständigen Analyse zu gelangen. Um den vollen Nutzen von eDNA aus der Luft zu ermitteln, führten wir auch eine lokale bioinformatische Analyse und eine Deep-Shotgun-Sequenzierung mit kurzen Laufzeiten durch. Allein mit der eDNA aus der Luft wurden umfassende genetische Analysen durchgeführt, einschließlich der Populationsgenetik (phylogenetische Einordnung) eines charismatischen Säugetiers (Rotluchs, Lynx rufus) und einer giftigen Spinne (Goldene Seidenspinne, Trichonephila clavipes) sowie der Haplotypisierung von Menschen (Homo sapiens) aus natürlichen, komplexen Lebensgemeinschaften wie subtropischen Wäldern und gemäßigten Zonen. Die reichhaltigen Datensätze ermöglichten auch eine tiefere Analyse spezifischer Arten und genomischer Regionen von Interesse, einschließlich des Aufrufs viraler Varianten, der Analyse menschlicher Varianten und der Überwachung von Genen für antimikrobielle Resistenzen aus luftgetragener DNA. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Schnelligkeit, Vielseitigkeit und Spezifität der Überwachung der gesamten biologischen Vielfalt durch nicht-invasive eDNA-Probenahme unter Verwendung aktueller benchtop/portable und cloud-basierter Ansätze. Darüber hinaus zeigen sie die künftige Durchführbarkeit einer Verkleinerung (Ausrüstung und Zeit) dieser Ansätze für eine Analyse nahezu in Echtzeit. Zusammen können diese Ansätze eine schnelle gleichzeitige Erkennung allen Lebens und seiner genetischen Vielfalt aus Luft-, Wasser- und Sedimentproben für eine unvoreingenommene, nicht zielgerichtete, informationsreiche Genomik ermöglichen, die (1) die Überwachung der biologischen Vielfalt, (2) die Populationsgenetik, (3) die genomische Überwachung von Krankheitserregern und Krankheitsüberträgern, (4) die Überwachung von Allergenen und Betäubungsmitteln, (5) die Überwachung der Resistenz gegen antimikrobielle Mittel und (6) die Bioprospektion unterstützt.
Kommentar von H.-J. Bidmon
Solche Untersuchungsansätze sind sicher auch hilfreich bei der Suche nach sehr stark vom Aussterben bedrohten Arten wie z. B. Rafetus swinhoei und anderen Arten, zumindest dann, wenn mit Unterstützung der Bevölkerung großflächige Boden- bzw. Wasserproben verfügbar gemacht werden können. Siehe dazu auch Liaolo et al., 2024.
Literatur
Laiolo, E., I. Alam, M. Uludag, T. Jamil, S. Agusti, T. Gojobori, S. G. Acinas, J. M. Gasol & C. M. Duarte (2024): Metagenomic probing toward an atlas of the taxonomic and metabolic foundations of the global ocean genome. – Frontiers in Science 1: 1038696; DOI: 10.3389/fsci.2023.1038696 ➚.
Galerien
Rafetus swinhoei – Jangtse-Riesenweichschildkröte