Une nouvelle étude révèle une approche révolutionnaire pour étudier le matériel génétique aéroporté

récemment posté sur PeerJ Vie et EnvironnementLes chercheurs utilisent avec succès des relevés aériens avec de nouveaux instruments pour capturer les acides nucléiques en suspension dans l’air et sonder la biodiversité dans l’atmosphère, découvrant des découvertes surprenantes.

Un document de recherche révolutionnaire intitulé « Aircraft Surveys for Air eDNA: Probing Biodiversity in the Sky » révèle une approche révolutionnaire pour étudier le matériel génétique dans l’atmosphère. Les scientifiques ont développé un système de sonde et de support durable et stérilisable pour capturer les acides nucléiques environnementaux de l’air (eDNA) avec une filtration à plein débit et une chambre à haute intégrité.

À l’aide de cette sonde innovante, l’équipe de recherche a cartographié par voie aérienne l’ADN environnemental à l’aide d’un modèle de vol standardisé et évolutif à l’aide d’avions légers. L’objectif de l’étude était de collecter des bioaérosols, qui sont de la matière biologique aérosolisée, à partir d’une variété d’organismes à différentes altitudes au-dessus des principales sources d’émissions, et de les séquencer pour les identifier.

Ce travail a commencé par une idée à explorer, explique le Dr Kimberly Metris, membre du corps professoral de l’Université Clemson et chercheur principal. « Je suis un écologiste moléculaire qui travaille avec une variété d’animaux sauvages, des bactéries au vairon à tête bleue en passant par le buffle d’Afrique. Je pilote aussi des avions, et en faisant du parachutisme un été, j’ai eu beaucoup de temps pour réfléchir en montant pour sauter et courir en altitude. En termes de météo, les conditions étaient excellentes : visibilité de 10 milles terrestres, vents assez calmes, une journée assez agréable au bureau, mais c’était pendant une tempête de poussière saharienne et il y avait des particules visibles partout à l’extérieur mais ça patine ». Qu’y a-t-il précisément dans l’air que nous ne pouvons pas voir, biologiquement parlant ? C’est ce qu’elle et son co-auteur ont entrepris d’explorer. « Et maintenant, nous repoussons les limites de ce que nous pensions savoir sur le ciel. Le ciel n’est pas une limite, c’est un trésor caché ! »

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Les résultats de l’étude sont extraordinaires. À l’aide de leur sonde d’échantillonnage et d’un séquençage métagénomique à haut débit, les chercheurs ont découvert la présence généralisée d’ADNe procaryotes et eucaryotes dans l’atmosphère, atteignant des milliers de mètres dans la couche limite planétaire dans le sud-est des États-Unis. et l’ADNe humain à toutes les altitudes de vol, y compris à 8 500 pieds au-dessus du sol.

Les chercheurs ont identifié plusieurs allergènes végétaux courants provenant des graminées, des mauvaises herbes et des arbres, ainsi que des espèces que l’on ne trouve pas normalement dans l’air, comme l’ail, révélant une grande variété de matériel génétique en suspension dans l’air.

Ils ont également découvert des bactéries pathogènes et des bactéries jusque-là inconnues présentes dans l’atmosphère mais présentes dans d’autres environnements extrêmes, tels que les sédiments des grands fonds marins.

La sonde d’échantillonnage réutilisable et stérilisable utilisée dans l’étude s’est avérée fiable, limitant la perte d’échantillon et la contamination tout en filtrant le matériel génétique directement de l’air. Ce travail révolutionnaire permet la cartographie du matériel génétique de potentiellement toutes les espèces à l’aide d’avions ou d’autres méthodes de vol ou de vol stationnaire et relie les profils aérobiomes aux processus au niveau du sol, fournissant des informations précieuses sur la présence et la diversité du matériel génétique qui se trouve dans l’air que nous respirons .

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Les implications de cette recherche sont considérables, avec des applications dans la biodiversité, l’écologie de la faune, la biodéfense et la surveillance des agents pathogènes et des allergènes. Le séquençage d’amplicon à haut débit de l’ADN bactérien, vertébré et végétal à l’étude démontre que les bioaérosols peuvent provenir de processus naturels, tels que la pollinisation induite par le vent dans les champs et les forêts, et d’activités à médiation humaine, à savoir l’agriculture de production, le traitement des eaux usées et l’industrie pratiques, y compris la décontamination des déchets hospitaliers.

Les profils d’ADN aéroportés détectés dans l’atmosphère reflètent les émissions de surface, les allergènes et les éventuels noyaux de condensation des nuages ​​et de la glace. On pense que l’efficacité de l’aérosolisation influence les profils d’ADN aéroportés détectés en altitude, ce qui suggère l’incorporation d’indices d’élévation et de caractéristiques de masse d’air pour normaliser les enquêtes eDNA aéroportées. En outre, les chercheurs recommandent des rapports normalisés sur les débits empiriques en temps réel, les volumes d’air totaux et les types d’échantillonneurs utilisés, car ils ont des exigences de débit d’air de fonctionnement extrêmement différentes.

Le matériel biologique sous forme d’ADNe/ARN peut être soulevé, transporté et déposé ailleurs par mélange atmosphérique, levage et flottabilité, ce qui peut avoir des conséquences biologiques telles que le flux de gènes et les processus d’hybridation. L’atmosphère est puissante et essentielle à la vie : la découverte d’ADNe dérivé de vertébrés aéroportés flottant à des milliers de mètres de son origine sur la surface de la Terre suggère que l’atmosphère contient des matériaux biodiversifiés et a des implications pour la biosurveillance et la surveillance des maladies. Les scientifiques peuvent obtenir des informations sur la présence, l’abondance et la répartition des espèces dans une zone, fournissant des preuves précieuses pour identifier les individus ou suivre leurs déplacements, ou surveiller l’agriculture de production depuis l’atmosphère.

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Cette étude révolutionnaire ouvre la voie à une meilleure compréhension du matériel génétique aéroporté et de ses implications pour divers domaines d’étude. En dévoilant les secrets du ciel, les scientifiques acquièrent de nouvelles connaissances sur notre environnement, l’air que nous respirons et les liens complexes entre la biodiversité de la Terre.

Fontaine:

PeerJ

Référence magazine :

Kanapeckas, KL & Metris, J. (2023). Relevés aériens pour l’eDNA aérien : sonder la biodiversité dans le ciel. PeerJ. doi.org/10.7717/peerj.15171.

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