Un gruppo di ricercatori di Liverpool ha messo a punto una tecnica per campionare DNA ambientale ed estendere la conoscenza degli stock ittici
Negli ecosistemi marini, la biodiversità e la distribuzione delle specie sono minacciate dalle attività umane e dai cambiamenti climatici. Una delle attività più impattanti sui sistemi marini è la pesca che porta alla riduzione, anche drastica, delle popolazioni di pesci. Ad oggi esistono leggi che regolamentano l’attività di pesca in modo da poter preservare gli stock e gli habitat, rendendo gli strumenti da pesca più selettivi.
Ciò potrebbe essere implementato effettuando monitoraggi ambientali accurati e rapidi, facilitando la raccolta dei dati ambientali. Negli oceani, però, la raccolta risulta una sfida sia per la logistica che per i costi in quanto si tratta di ambienti ampissimi, profondi e inaccessibili in alcune aree. Tale caratteristica ha indotto le ricerche marine a scegliere un approccio tradizionale, basato sul coinvolgimento diretto dei pescatori. Indirizzandosi sull’uso dei diari di bordo, ispezioni visive e identificazione di specie diventano così uno strumento fondamentale per il monitoraggio. Tali operazioni, svolte solitamente da osservatori (biologi marini imbarcati sulle navi) o pescatori, richiedono spesso tempo per poter essere attuate . Perciò si è ricercata un’innovazione che renda i monitoraggi più veloci…e la soluzione forse è arrivata con DNA ambientale!
L’alba del DNA ambientale
Negli ultimi anni, la diffusione dell’analisi del DNA ambientale (environmental DNA) ha offerto un vantaggio nello studio della biodiversità e nella comprensione della distribuzione delle specie. Il metodo è nato per un’intuizione secondo cui il DNA degli organismi veniva rilasciato nell’ambiente in cui vivevano. Per eDNA si intendono i frammenti di DNA presenti ed estratti da rocce, acqua, terra o ghiaccio (matrici non biologiche).
Questa idea e le moderne tecniche di estrazione e sequenziamento del DNA hanno permesso di seguire le tracce lasciate dagli organismi. Nell’ambiente, infatti, si stima che il DNA possa resistere a temperatura ambiente per alcune settimane; mentre in climi freddi potrebbe arrivare anche a diversi, se non centinaia di anni.
Questa analisi non si discosta molto da quella del DNA barcoding che riconosce le specie animali e vegetali sulla base di sequenze mitocondriali e cloroplastiche. Le sequenze geniche di identificazione, però, sono più brevi per adattare la metodica al maggior degrado dell’eDNA rispetto a quello estratto direttamente dall’organismo. Le nuove tecniche di sequenziamento del DNA (veloci come Flash che corre intorno alla Terra), danno la possibilità di individuare più di una specie simultaneamente in un campione ambientale, ottenendo così una lista delle specie animali e vegetali nell’area analizzata.
(fonte: www.rivistanatura.com)
Campionare l’eDNA nell’acqua
Le prime applicazioni del DNA ambientale a campioni d’acqua risalgono al 2008. Un gruppo di ricercatori dimostrò per la prima volta che estraendo DNA da acqua prelevata nei fiumi era possibile verificare la presenza di pesci, anfibi ed invertebrati acquatici passati di lì. Non solo, ma anche di comprendere in quale stagione erano più presenti le specie.
Nella maggior parte dei casi, la filtrazione è la tecnica principale con cui collezionare tutte le possibili particelle di DNA sospese in un “minuscolo spazio vitale”, ovvero un filtro in cellulosa. Il filtro verrà subito congelato per conservarlo fino all’estrazione. La filtrazione risulta una sfida ardua se si vuole applicarla al mare aperto e alle aree profonde in quanto è difficile raccogliere campioni in queste aree. Per aggirare questi limiti, esistono diverse soluzioni che includono veicoli e robot subacquei automatici ad alta tecnologia, collettori passivi e artificiali, campionatori naturali e persino rifiuti marini. Nella pesca non sono stati applicati, preferendo le tecniche tradizionali di riconoscimento e conteggio del pescato, anche se più lente e dispendiose di tempo.
Le stampanti 3D ci corrono in aiuto
Per velocizzare il processo, un gruppo di ricercatori dell’Università di Liverpool ha proposto e progettato una sonda stampata in 3D per raccogliere i frammenti di eDNA dall’acqua marina. La sonda è costituita da una sfera in plastica in cui sono state fissate tre matasse di garza sterile. Muovendo la sfera in acqua, questa filtra passivamente i liquidi trattenendo solo le particelle sospese. Una volta recuperata la sfera dalle reti, le garze vengono messe in provette con etanolo al 99% e granuli di silice fermando il processo di degenerazione. Successivamente i filtri vengono congelati a – 20 °C, già a bordo, per conservarli fino all’estrazione.
(Maiello et al., 2022).
Potremmo dire che la sonda funziona come una spugna marina, un filtratore naturale che macina tantissimi litri di acqua ogni giorno per alimentarsi. In uno studio del 2019 i ricercatori italiani dell’Università di Salford confermarono che le spugne non trattengono solo l’acqua nei tessuti, ma anche delle tracce di DNA. In sostanza, delle vere e proprie collezioniste di DNA di organismi che vivono in quelle zone di mare. Sulla scia di questa scoperta, è nato il modello 3D dei ricercatori di Liverpool!
Sperimentazione in mari ristretti
Per valutare l’efficienza della sonda si è svolto un esperimento di confronto in tre aree del Mar Mediterraneo: Mar Adriatico, Mar Ligure e Mar Tirreno del Nord / Mar Di Sardegna. Ognuna delle campagne coinvolgeva una serie di pescherecci che hanno permesso la raccolta sia degli esemplari di pesci catturati sia dell’eDNA. In tal modo è stato possibile svolgere una correlazione tra i genomi ottenuti con le analisi molecolari e le specie identificate tramite la morfologia. I risultati mostrano che l’eDNA è un valido strumento che aiuta sia nel biomonitoraggio sia nella costruzione della distribuzione stagionale delle specie.
(Maiello et al. 2022).
L’innovazione tecnologica legata alla sonda stampata in 3D ci apre quindi un’ampia finestra di opportunità per la raccolta dei dati oceanici. Questa nuova tecnica aumenterà la conoscenza dei target della pesca ed anche delle specie minacciate, come gli squali, favorendo una migliore gestione e conservazione degli habitat marini.
Fonti:
- Maiello, Giulia, et al. “Fishing in the gene-pool: implementing trawl-associated eDNA metaprobe for large scale monitoring of fish assemblages.” Reviews in Fish Biology and Fisheries 34.4 (2024): 1293-1307.
- Maiello, Giulia, et al. “Little samplers, big fleet: eDNA metabarcoding from commercial trawlers enhances ocean monitoring.” Fisheries Research 249 (2022): 106259.
- Mariani, Stefano, et al. “Sponges as natural environmental DNA samplers.” Current Biology 29.11 (2019): R401-R402.
- Sponges are the ocean’s natural DNA collectors – Natural History Museum.
- Mandrioli, M. A. U. R. O. “Il DNA ambientale: un nuovo strumento molecolare per il monitoraggio della biodiversità presente e passata.” Quaderni del Museo Civico di Storia Naturale di Ferrara 5 (2017): 113-121.
