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

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5210 (2023) Citar este artigo

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A utilização do ADN ambiental (eADN) para monitorizar a biodiversidade em ambientes aquáticos está a tornar-se uma alternativa eficiente e económica a outros métodos, como a identificação visual e acústica. Até recentemente, a amostragem de eDNA era realizada principalmente através de métodos de amostragem manual; 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 múltiplas amostras, tudo dentro de uma única unidade capaz de ser implantada 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 garrafas Niskin e filtração pós-coleta. Ambos os métodos foram capazes de capturar a mesma comunidade microbiana aquática e as contagens de sequências representativas de DNA 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 famílias principais com abundância relativa quase idêntica, demonstrando que o amostrador foi capaz de capturar a mesma composição comunitária de micróbios comuns que o Niskin. O amostrador de eDNA apresentado fornece uma alternativa robusta aos métodos de amostragem manuais, é receptivo às 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 antrópicos, causando problemas como hipóxia, acidificação dos oceanos e eutrofização causada pelo aumento da carga de nutrientes1. Estes impactos podem impedir o crescimento de certos organismos, tais 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 destas mudanças e os seus consequentes impactos podem variar de horas a anos, e uma vez que cada ecossistema é único, as mudanças podem ser difíceis de acompanhar, exigindo observações in situ resolvidas no tempo, a fim de avaliar adequadamente as mudanças.

Os programas de monitoramento biológico têm tradicionalmente focado na identificação manual dos principais grupos taxonômicos de interesse; no entanto, estes programas podem ser demorados e exigir formação especial em identificação taxonómica. Nos últimos anos, com a diminuição do custo da sequenciação do ADN e o aumento do tamanho das bases de dados de ácidos nucleicos, o ADN ambiental (eDNA) tem sido cada vez mais utilizado como proxy da biodiversidade em programas de monitorização biológica5. O monitoramento do eDNA envolve o estudo de todo o DNA presente no ambiente6 e é vantajoso de várias maneiras, pois é não invasivo e amplamente aplicável à microbiota e aos metazoários, usando um conjunto de métodos analíticos em rápida evolução, desde a extração sensível de DNA até a detecção de sequências únicas de códigos de barras7. 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, a biomonitorização da microbiota em ambientes de aquicultura demonstrou a utilidade do eDNA para detectar a rápida resposta microbiana às perturbações ambientais e avaliar estratégias de gestão para uma indústria aquícola sustentável8,9,10. Além disso, um número crescente de estudos tem demonstrado o importante papel que o eDNA está destinado a desempenhar na monitorização ambiental da biodiversidade piscícola11, no rastreio de mamíferos marinhos12 e noutros 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 etapas separadas de filtração e preservação, muitas vezes usando uma bomba peristáltica e um freezer, respectivamente. Os componentes manuais de amostragem e análise de eDNA limitam seu uso em ambientes remotos ou em ambientes onde amostras regulares devem ser coletadas e exigem um indivíduo treinado para realizar o processo. Estender a aplicabilidade dos métodos de eDNA a 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 da implantação, classificação de profundidade máxima e produtos químicos/conservantes usados. Uma lista representativa dos amostradores de eDNA atuais, disponíveis comercialmente e protótipos de pesquisa, é descrita na Tabela 1.