Thu thập ADN từ không khí - bước tiến trong nghiên cứu di truyền

Kỹ thuật mới mang tính đột phá được sử dụng trong nghiên cứu và bảo vệ các loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng và hệ sinh thái tự nhiên.

Giải trình ADN lấy từ không khí

Tất cả các sinh vật sống, bao gồm con người, đều "phát tán" vật liệu di truyền ADN vào môi trường khi bài tiết chất thải, chảy máu, rụng da hoặc lông. ADN tồn tại trong môi trường dưới dạng nước bọt, tế bào chết. ADN được các sinh vật sống tiết ra môi trường được gọi là ADN môi trường (eADN).

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học bảo tồn đã xác định trình tự ADN trong nước để theo dõi một số loài cụ thể, như quần thể sa giông có mào lớn ở Anh, sống trong môi trường nước. Nhưng thu thập ADN của động vật từ không khí mới được nghiên cứu trong thời gian gần đây.

Theo dõi ADN trong không khí là thách thức lớn vì môi trường không khí loãng hơn môi trường nước. Các nhà khoa học đã nghiên cứu độc lập, một nhóm ở Đan Mạch, nhóm còn lại ở Anh và Canada, để xác thực ADN trong không khí có thể được sử dụng để phát hiện các loài động vật khác nhau hay không. Các mẫu thử nghiệm được lấy từ Vườn thú Copenhagen ở Đan Mạch và Công viên Sở thú Hamerton, Anh.

Sử dụng các phương pháp khác nhau để lọc ADN khỏi không khí, hai nhóm đều thành công trong việc xác định các loài động vật sống gần đó, bao gồm bên trong khu chuồng trại của vườn thú và bên ngoài. Công trình nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Current Biology.

Là tác giả chính của nghiên cứu tại Anh, bà Elizabeth Clare, cho biết nhóm các nhà khoa học làm việc tại Công viên Sở thú Hamerton, có thể xác định ADN của 25 loài động vật khác nhau như hổ, vượn, cáo và chó dingo. Họ thậm chí có thể thu thập ADN từ những động vật ở cách xa nơi thử nghiệm hàng trăm mét, thậm chí từ các toà nhà bị bịt kín bên ngoài nhưng vẫn không làm giảm nồng độ ADN.

Trong khi đó, nhóm nghiên cứu ở Copenhagen đã phát hiện 49 loài động vật có xương sống, bao gồm 30 loài động vật có vú.

Bà Kristine Bohmann, Phó Giáo sư tại Viện Globe, Trường Đại học Copehangen, cho biết: Chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi thấy kết quả. Chỉ trong 40 mẫu không khí, chúng tôi đã phát hiện 49 loài bao gồm động vật có vú, chim, lưỡng cư, bò sát và cá.

Tại khu vực Rainforest House, Vườn thú Copenhagen, chúng tôi thậm chí còn phát hiện cá bảy màu trong ao, con lười hoa ngón và con trăn. Khi lấy mẫu không khí chỉ ở một địa điểm ngoài trời, chúng tôi phát hiện nhiều loài động vật khác như vẹt, đà điểu và tê giác.

Nhóm nghiên cứu tại Copenhagen đã sử dụng một chiếc quạt hút không khí, chứa vật chất di truyền từ hơi thở, từ vườn thú và môi trường xung quanh. Không khí sau đó được lọc và ADN được chiết xuất, sao chép trước khi giải trình tự để xác định loài động vật.

Cả hai nhóm đều phát hiện ra sự hiện diện của các loài động vật không sống trong vườn thú mà sống ở khu vực xung quanh. Đơn cử, loài nhím Á – Âu, có nguy cơ tuyệt chủng ở Anh, được phát hiện ngoài Vườn thú Hamerton, trong khi voọc nước và sóc đỏ được tìm thấy xung quanh Vườn thú Copenhagen.

Mật độ động vật dày đặc ở các khu vực xung quanh có thể làm sai dữ kiện động vật trong phạm vi muốn xác định. Nhưng các nhà khoa học tin rằng kỹ thuật này giúp lập bản đồ các loài, hạn chế nhu cầu nghiên cứu trực tiếp và nghiên cứu thực địa chuyên sâu.

Cách mạng hoá quá trình giám sát sinh học

Nghiên cứu ADN thu thập từ không khí.

Theo bà Clare, ưu điểm của phương pháp nghiên cứu động vật thông qua ADN là không xâm lấn vào khu vực sống hay tiếp cận trực tiếp các loài động vật. Bởi vì điều này có thể gây tổn thương cho những loài có nguy cơ tuyệt chủng hoặc những loài sống trong môi trường khó tiếp cận như hang động.

"Chúng tôi không cần nhìn thấy động vật mà vẫn có thể lần theo dấu vết ADN từ không khí loãng. Việc lấy mẫu như vậy có thể "cách mạng hoá" quá trình giám sát sinh học trên cạn, mang lại cơ hội mới để theo dõi thành phần của các cộng đồng động vật cũng như phát hiện sự xâm nhập của các loài di cư", bà Clare đánh giá.

Kỹ thuật chiết xuất ADN từ môi trường đã tạo ra tác động đáng kể trong nghiên cứu khoa học. Ở lĩnh vực khảo cổ học, các nhà khoa học đã sử dụng ADN tìm thấy từ bụi bẩn trong hang động để tìm hiểu về quần thể người cổ đại.

Đơn cử, ADN từ lõi của trái đất tại Bắc Cực đã tiết lộ khu vực voi ma mút và các động vật thời Kỷ Băng hà từng đặt chân đến. Các kỹ thuật tương tự cũng được sử dụng để lấy mẫu ADN trong nước thải nhằm phát hiện và theo dõi mức độ lây nhiễm Covid-19 trong cộng đồng.

Tuy nhiên, khi thu thập ADN của động vật, các nhà khoa học phát hiện nhiều ADN của loài người, bởi con người hiện diện ở mọi nơi và chăm sóc cho động vật. Nhưng ADN của người làm loãng thí nghiệm.

Do đó, để xác định chính xác ADN của động vật, các nhà khoa học phải sử dụng kỹ thuật phòng sạch như trang bị thêm bộ lọc không khí, lưới che tóc trong quá trình thu thập không khí.

Liệu phân tích ADN có thể ước tính quy mô dân số hay số lượng động vật trong khu vực nhất định hay không vẫn là chủ đề gây tranh luận. Bởi lẽ vẫn còn chặng đường dài phía trước để có thể áp dụng nghiên cứu này vào thực tế. Tuy nhiên, các nhà khoa học kỳ vọng phương pháp nghiên cứu này có thể hoạt động trơn tru trong môi trường ngoài trời phạm vi lớn, thay vì quy mô nhỏ hay trong khu vực thí nghiệm.