Практическое руководство по методам оценки биоразнообразия на основе ДНК
С 2016 по 2021 год более 500 исследователей сотрудничали в рамках международной сети DNAqua-Net, финансируемой программой Европейского союза «Европейское сотрудничество в области науки и технологий» (COST). Целью было развитие и продвижение методов оценки биоразнообразия на основе анализа ДНК, полученной из окружающей среды (например, речной воды) или из несортированных коллекций организмов.
Такие инновационные методы меняют правила игры в крупномасштабной оценке биоразнообразия и экологическом мониторинге, поскольку сбор и лабораторный анализ образцов окружающей среды значительно дешевле, быстрее и неинвазивен по сравнению с отловом и изучением живых организмов. Однако широкому внедрению мешал недостаток стандартизации и официальных руководств.
Осознавая острую необходимость расширения масштабов экологического мониторинга в условиях кризисов биоразнообразия и климата, команда DNAqua-Net опубликовала руководство по внедрению инструментов биомониторинга на основе ДНК.
В руководстве рассматриваются четыре типа образцов: вода, донные отложения, коллекции беспозвоночных и диатомовые водоросли, а также два основных типа анализа: обнаружение отдельных видов с помощью qPCR и аналогичных целевых методов; и оценка биологических сообществ с помощью ДНК-метабаркодинга. На каждом этапе полевых и лабораторных работ в документе изложен научный консенсус, а также выборы, которые необходимо сделать, и связанные с ними компромиссы. Особое внимание уделяется тому, как на выбор могут влиять практические ограничения, такие как логистика, время и бюджет. Руководство доступно в формате Advanced Book и будет обновляться по мере развития технологии.
Лидерами DNAqua-Net являются профессор д-р Флориан Леезе из Университета Дуйсбург-Эссен (Германия) и д-р Аньес Буше из Французского национального института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды (INRAE). Основную команду авторов настоящего руководства составили д-р Микаэла Хелльстрём (MIX Research AB, Швеция), д-р Кэт Брюс (NatureMetrics Ltd., Великобритания), д-р Розетта Блэкман (Цюрихский университет и EAWAG, Швейцария), д-р Сара Бурлат (LIB/Музей Кёнига, Германия) и профессор Кристи Дайнер (ETH Zurich и SimplexDNA AG, Швейцария).
«Еще в 2016 году мы поняли, что исследователи по всему миру тестируют новые методы eDNA, разрабатывая индивидуальные решения и продукты. Хотя это прекрасно, нам необходимо достичь консенсуса и предоставить его заинтересованным сторонам из прикладных секторов», — говорит Флориан Леезе.
Ведущий автор руководства д-р Кэт Брюс отмечает: «Срочность решения двойного кризиса биоразнообразия и климата означает, что нам необходимо ускорить внедрение новых технологий, способных предоставлять данные и аналитику в больших масштабах. При этом мы идем по тонкой грани, соглашаясь на достаточно стандартизированные методы, которые можно полезно применять, как только они начинают приносить пользу, продолжая при этом развивать их дальше и внедрять инновации в этой области. Было непростой задачей добиться консенсуса среди нескольких сотен ученых, работающих в быстро развивающейся области, но мы обнаружили, что наша технология основана на прочном фундаменте знаний, и существовал высокий уровень согласия по основным принципам — даже если детали различаются, а разные пользователи делают разный выбор в зависимости от своих экологических, финансовых или логистических ограничений».
Оглядываясь на последние четыре года, завершившиеся публикацией «живого» исследовательского документа, профессор д-р Кристи Дайнер говорит: «Документ прошел множество поворотов через более чем десять версий и страстные дискуссии на многочисленных семинарах и поздних посиделках за напитками. Все в те дни, когда мы могли задерживаться на конференциях, не опасаясь давления пандемии. Работая над поиском консенсуса, мы ясно понимали одно: нам было что сказать, и стандартная обзорная статья не справилась бы. Собрав знания и опыт в рамках DNAqua-Net, имело смысл не ограничивать этот поток информации, а попытаться решить проблему напрямую и использовать его для ответа на многие вопросы, с которыми мы все сталкивались при разработке методов оценки биоразнообразия на основе ДНК».
Теперь, когда документ — или, по крайней мере, его первая версия — стал общедоступным, исследователи уже планируют следующие шаги и вызовы.
«Суть в том, что за последние десять лет мы прошли долгий путь. У нас есть целый набор методов, многие из которых дают точные, надежные и практичные данные для помощи в мониторинге и сохранении биоразнообразия. Хотя предстоит еще много работы, множество нерешенных вопросов связано именно с широким внедрением. Широкое внедрение приносит новые проблемы, но также новые идеи и разнообразие умов с новыми подходами для их решения. Как уже говорилось, это задумано как живой документ, и мы приветствуем дальнейшие вклады, какими бы большими или малыми они ни были», — говорит Дайнер.
Д-р Микаэла Хелльстрём добавляет: «Книга развивалась в течение четырех лет действия COST Action DNAqua-Net, что позволило многим ученым и заинтересованным сторонам сотрудничать и обмениваться знаниями в беспрецедентных масштабах. Вся наша команда хорошо осознает острую необходимость мониторинга утраты биоразнообразия и предоставления точной информации о распространении видов в больших масштабах для защиты оставшихся видов. Это была сильная движущая сила для всех нас, участвовавших в создании этого документа. Нам необходим консенсус о том, как последовательно собирать данные о биоразнообразии, чтобы полностью понимать изменения в природе».
«Было замечательным и интенсивным опытом быть частью основной писательской команды из пяти человек. В месяцы, предшествовавшие подаче документа, мы провели бесчисленные часы, выходные и поздние вечера, исследуя область, общаясь с исследователями и заинтересованными сторонами и участвуя в оживленных дискуссиях в Zoom. В результате настоящая книга дает надежные рекомендации по множеству методов мониторинга eDNA, которые доступны или скоро станут доступными по мере развития области».