Amostrador eDNA compacto e automatizado para monitoramento in situ de ambientes marinhos

Jun 14, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5210 (2023) Cite este artigo

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O uso do DNA ambiental (eDNA) para monitorar a biodiversidade em ambientes aquáticos está se tornando uma alternativa eficiente e econômica a outros métodos, como a identificação visual e acústica. Até recentemente, a amostragem de eDNA era realizada principalmente por meio de métodos manuais de amostragem; no entanto, com os avanços tecnológicos, estão sendo desenvolvidos amostradores automatizados para tornar a amostragem mais fácil e acessível. Este artigo descreve um novo amostrador de eDNA capaz de autolimpeza e captura e preservação de várias amostras, tudo dentro de uma única unidade capaz de ser implantado por uma única pessoa. O primeiro teste de campo deste amostrador ocorreu na Bacia de Bedford, Nova Escócia, Canadá, juntamente com amostras paralelas coletadas usando o método típico de coleta de garrafa Niskin e filtração pós-coleta. Ambos os métodos foram capazes de capturar a mesma comunidade microbiana aquática e as contagens de sequências de DNA representativas foram bem correlacionadas entre os métodos com valores de R\(^{2}\) variando de 0,71 a 0,93. Os dois métodos de coleta retornaram as mesmas 10 principais famílias em abundância relativa quase idêntica, demonstrando que o amostrador foi capaz de capturar a mesma composição da comunidade de micróbios comuns que o Niskin. O amostrador de eDNA apresentado fornece uma alternativa robusta aos métodos de amostragem manual, é passível de restrições de carga útil de veículos autônomos e facilitará o monitoramento persistente de locais remotos e inacessíveis.

O aumento da atividade humana em ambientes aquáticos levou a preocupações sobre os efeitos antropogênicos que causam problemas como hipóxia, acidificação dos oceanos e eutrofização causada pelo aumento da carga de nutrientes1. Esses impactos podem impedir o crescimento de certos organismos, como espécies marinhas calcificadas, cujas conchas e esqueletos podem ser afetados pela acidificação2 e promover o crescimento de outras espécies, incluindo aquelas que causam proliferação de algas nocivas (HABs) que prejudicam os peixes, bem como a economia humana3, 4. A escala de tempo dessas mudanças e seus impactos consequentes podem variar de horas a anos e, como cada ecossistema é único, as mudanças podem ser difíceis de rastrear, exigindo observações in situ com resolução de tempo para avaliar adequadamente as mudanças.

Os programas de monitoramento biológico têm tradicionalmente focado na identificação manual dos principais grupos taxonômicos de interesse; no entanto, esses programas podem consumir muito tempo e exigir treinamento especial em identificação taxonômica. Nos últimos anos, com a diminuição do custo do sequenciamento de DNA e o aumento do tamanho dos bancos de dados de ácidos nucléicos, o DNA ambiental (eDNA) está sendo cada vez mais usado como proxy da biodiversidade em programas de monitoramento biológico5. O monitoramento do eDNA envolve o estudo de todo o DNA presente no ambiente6 e é vantajoso de várias maneiras, pois não é invasivo e é amplamente aplicável à microbiota e aos metazoários, usando um conjunto de métodos analíticos em rápida evolução, desde a extração de DNA sensível até a detecção de sequências de código de barras exclusivas7. Existem numerosos estudos que demonstraram o valor do eDNA para estudar a diversidade microbiana, dada a importância do seu papel na produção primária pelo fitoplâncton e na ciclagem biogeoquímica da matéria orgânica morta. Por exemplo, o biomonitoramento da microbiota em ambientes de aquicultura demonstrou a utilidade do eDNA para detectar a resposta microbiana rápida à perturbação ambiental e avaliar estratégias de manejo para uma indústria de aquicultura sustentável8,9,10. Além disso, um número crescente de estudos tem demonstrado o importante papel que o eDNA está destinado a desempenhar no monitoramento ambiental da biodiversidade de peixes11, rastreamento de mamíferos marinhos12 e outros aspectos da biologia da conservação13.

Os métodos atuais para amostragem de eDNA são muitas vezes trabalhosos, envolvendo a coleta de amostras usando garrafas Niskin ou equipamento similar, seguido por filtração separada e etapas de preservação, geralmente usando uma bomba peristáltica e um freezer, respectivamente. Os componentes manuais de amostragem e análise de eDNA limitam seu uso em configurações remotas ou em configurações onde amostras regulares devem ser coletadas e requerem um indivíduo treinado para realizar o processo. Estender a aplicabilidade dos métodos de eDNA para problemas mais desafiadores requer automação, incluindo o desenvolvimento de equipamentos de amostragem automatizados. Os amostradores desenvolvidos recentemente variam de sistemas de filtro único a sistemas de múltiplos filtros mais complexos, com cada um variando em parâmetros como duração de implantação, classificação de profundidade máxima e produtos químicos/conservantes usados. Uma lista representativa dos atuais amostradores de eDNA, disponíveis comercialmente e protótipos de pesquisa, é descrita na Tabela 1.