Qui, presentiamo un nuovo protocollo per recuperare l'eDNA marino attraverso la raccolta e la filtrazione di campioni di acqua di mare da traghetti operativi e altre navi commerciali.
Articolo metodologico
Qui, presentiamo un nuovo protocollo per recuperare l'eDNA marino attraverso la raccolta e la filtrazione di campioni di acqua di mare da traghetti operativi e altre navi commerciali.
Gli strumenti genetici per recuperare informazioni dalle tracce di DNA ambientale sono ben consolidati sia per la caratterizzazione mirata che per quella tassonomicamente ampia della biodiversità. Tuttavia, nel contesto marino, la raccolta di campioni di eDNA da aree scarsamente accessibili, come in acque abissali o offshore, può ancora essere una limitazione. L'utilizzo di traghetti di linea o navi commerciali che attraversano grandi distese di mare aperto può costituire preziose piattaforme opportunistiche per la raccolta di campioni ambientali. I vantaggi sono innumerevoli, dalla possibilità di raccogliere dati in qualsiasi condizione meteo e in qualsiasi momento della giornata alla ripetibilità nel tempo, essendo i percorsi costanti, e con una totale riduzione dei costi e delle emissioni di carburante. Lavori precedenti hanno dimostrato che l'approccio è possibile e di successo. Tuttavia, il processo di acquisizione di campioni dal ventre di queste grandi navi marine potrebbe non essere immediato. Questo lavoro illustra in ogni dettaglio come la raccolta, l'organizzazione e il filtraggio dell'acqua di mare dalle grandi navi possono essere preparati, organizzati ed eseguiti.
Negli ultimi decenni, l'analisi del DNA ambientale (eDNA), ovvero l'individuazione del materiale genetico lasciato dagli organismi nell'ambiente, è cresciuta rapidamente come strumento di monitoraggio promettente per le comunità animali d'acqua dolce e marina. Questa tecnica molecolare offre la possibilità di identificare contemporaneamente più taxa all'interno di un singolo campione (approccio metabarcoding), consentendo la rilevazione delle comunità biologiche che abitano o attraversano l'area campionata 1,2,3,4,5.
Attualmente, la vera sfida è raggiungere i punti di campionamento, poiché spesso è economicamente e/o logisticamente impraticabile raccogliere campioni su larga scala geografica, con il risultato che le aree pelagiche sono solitamente sottocampionate rispetto alle aree costiere più accessibili6. L'utilizzo di traghetti o altre navi commerciali consente di effettuare transetti di campionamento altamente replicabili, in quanto seguono rotte marittime specifiche che sono tipicamente costanti durante la stagione e coprono vaste aree 7,8. Inoltre, l'utilizzo delle rotte dei traghetti come mezzo di campionamento consente la raccolta dei campioni in qualsiasi momento della giornata e in ogni stagione, indipendentemente dalle condizioni meteo-marine, oltre a presentare numerosi altri vantaggi (Figura supplementare 1). Studi preliminari ne hanno dimostrato sia la fattibilità che l'accuratezza per la valutazione degli indici di biodiversità 9,10. I campioni d'acqua possono essere raccolti dalla sala macchine del traghetto tramite un tubo di derivazione che intercetta l'acqua di raffreddamento marina a monte dei motori. LIFE-CONCEPTU MARIS (CONservation of CEtaceans and Pelagic sea TUrtles in Med: Managing Actions for their Recovery In Sustainability) è il primo progetto in cui questo proof of concept è stato messo in pratica su larga scala: mira alla raccolta di 500 campioni (nell'arco di due anni), e prevede l'impegno non di una ma di diverse compagnie di traghetti e di diversi vettori, permettendo di evidenziare eventuali criticità e affinare le strategie di campionamento per meglio adattarsi ai più diversi contesti che si possono incontrare a bordo. Descriviamo di seguito le caratteristiche del progetto per la sua componente relativa alla raccolta su larga scala di campioni di DNA ambientale marino (per la descrizione del progetto, visita https://webgate.ec.europa.eu/life/publicWebsite/project/details/5707).
La decisione di intraprendere una campagna di campionamento utilizzando un traghetto di linea implica alcune azioni che devono essere intraprese prima del campionamento vero e proprio, che è l'aspetto direttamente affrontato in questo lavoro. Qui, menzioniamo brevemente le azioni che devono precedere il campionamento a bordo da qualsiasi nave commerciale.
Questo è un aspetto da non trascurare e che determina il successo della campagna di raccolta. Le compagnie di navigazione sono enti commerciali e non di ricerca e, pertanto, non sono, e non sono tenute ad essere, a conoscenza delle finalità e degli obiettivi della ricerca scientifica che si intende svolgere a bordo. Ciò implica un'importante e delicata fase iniziale in cui gli obiettivi del progetto scientifico proposto, che può essere multidisciplinare, devono essere trasmessi e motivati dai vertici della compagnia di navigazione stessa. Nel caso specifico del progetto CONCEPTU MARIS, ciò è stato reso possibile da un rapporto pluridecennale in cui le compagnie di navigazione erano già state coinvolte in progetti di monitoraggio visivo (es. Fixed Line Transects [FLT]7), che ha determinato un rapporto di reciproca stima necessario per poter ottenere il via libera per l'accesso alle sale macchine indispensabile per l'approccio di campionamento oggetto di questo lavoro.
Il tipo di regime di campionamento adottato nel progetto CONCEPTU MARIS è duplice: i campioni vengono prelevati sia in stazioni di campionamento fisse (FSS, vedi sotto) sia in occasione degli avvistamenti di cetacei "rari". Queste rappresentano le specie che sono meno avvistate durante i transetti FTL11, vale a dire: delfino comune (Delphinus delphis), zifio di Cuvier (Ziphius cavirostris), globicefalo (Globicephala melas), delfino di Risso (Grampus griseus), capodoglio (Physeter macrocephalus) e balenottera comune (Balaenoptera physalus). Un ulteriore campione d'acqua viene raccolto solo quando l'avvistamento delle specie rare segnalate dal team di censimento visivo (team FLT) avviene più di mezz'ora prima o dopo uno degli FSS. I campionamenti effettuati in concomitanza con gli avvistamenti saranno necessariamente tutti diurni.
Le stazioni di campionamento fisse (FSS), la cui geolocalizzazione rimane invariata durante le crociere, vengono individuate in anticipo e concordate con l'intero team di lavoro. Le posizioni geografiche degli FSS sono selezionate in base a: 1) la presenza di un sito di interesse biologico sulla base di precedenti dati osservativi/di letteratura; 2) priorità data ai punti che indicano cambiamenti di habitat su mappe batimetriche (es. bordo della piattaforma continentale); 3) copertura omogenea delle rotte di navigazione designate, selezionando quindi siti di campionamento approssimativamente equidistanti (circa 35-45 miglia nautiche l'uno dall'altro), al fine sia di coprire l'intera rotta sia di prevedere la raccolta di campioni anche notturni.
Al fine di garantire che i campioni adiacenti siano prelevati in momenti diversi della giornata e che vi sia tempo sufficiente tra due campioni consecutivi per completare l'elaborazione dei campioni, si consiglia di prelevare campioni da FSS adiacenti, uno all'andata e uno al ritorno. Ciò significa che se gli FSS sono numerati in base all'ordine cronologico in cui vengono campionati, non appariranno in ordine consecutivo sulla mappa. Ad esempio, se vengono selezionati 6 FSS, 3 verranno campionati all'andata e 3 al ritorno. "Il loro ordine lungo il percorso sulla mappa sarà PortAFSS1-FSS6-FSS2-FSS5-FSS3-FSS4-PortB, con le tre stazioni di campionamento in corsivo (FSS4, FSS5 e FSS6) rilevate nel viaggio di ritorno (vedi Figura 1).
Ogni singolo FSS ha un numero di identificazione univoco (ovvero, nessuno degli FSS identificati su rotte diverse condivide lo stesso numero di identificazione). La numerazione viene assegnata la prima volta che viene campionato un FSS e seguirà la numerazione progressiva. Pertanto, al termine del progetto, gli FSS a basso numero saranno quelli che sono stati testati per diversi anni o per i quali sono disponibili i dati più vecchi.
Ogni campione è costituito da circa 13 litri di acqua di mare raccolti in ogni stazione di campionamento. L'acqua di mare viene travasata direttamente dal tubo di derivazione del traghetto in contenitori "Bag-in-the-Box" (BiB), ovvero sacchetti di plastica laminati con foglio sterile, fino all'elaborazione del campione (vedi sotto). Le caratteristiche e i vantaggi del sistema di campionamento Bag-in-Box (BiBSS) sono illustrati in dettaglio da Valsecchi et al. (2021)9 e sono riportati anche qui in Figura 2 per comodità.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
1. Prepararsi in laboratorio
2. Prepararsi a bordo
3. Raccolta del campione d'acqua (in sala macchine)
NOTA: La Figura 4 mostra le fasi della raccolta dei campioni di acqua di mare.
4. Filtrazione del campione di acqua di mare
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Eseguendo il protocollo come descritto, l'operatore raccoglierà un numero di filtri pari al numero di FSS moltiplicato per 3 repliche. Ogni filtro conserva tracce biologiche (DNA ambientale) su uno dei due lati. Le fasi analitiche successive all'estrazione dell'eDNA dipendono fortemente dalla domanda, dal target e dall'obiettivo della ricerca. Ad esempio, nello studio pilota di Valsecchi et al.9, il protocollo di raccolta dell'eDNA descritto ha permesso la progettazione di un'indagine replicabile ...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Poiché i passaggi del protocollo sono semplici e diretti, ci sono alcune considerazioni rilevanti da considerare quando si lavora su traghetti commerciali. Il tubo di derivazione dell'acqua di raffreddamento si trova solitamente nell'area della sala macchine, il cui accesso può essere limitato o soggetto ad autorizzazione preventiva. Pertanto, assicurarsi di avere tale autorizzazione, insieme agli adeguati dispositivi di protezione individuale, è fondamentale (Figura...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamo profondamente coloro che hanno permesso di testare e sviluppare il metodo qui presentato, ovvero Antonella Arcangeli (ISPRA), che da decenni dirige il progetto FLT con il quale i cetacei del Mediterraneo (e non) vengono costantemente monitorati visivamente potendo contare su una fitta rete di traghetti e che ha creduto nell'ambiziosa proposta di ricercare il DNA nelle rotte attraversate dai traghetti; Cristina Pizzutti, di Corsica e Sardinia Ferries, che ha accettato la sfida con entusiasmo, dandoci il supporto logistico per testare la metodologia per la prima volta su un vettore della loro flotta, (accogliendo anche la troupe di videomaker che ha realizzato le riprese); Fulvio Maffucci, per aver trattato con diverse compagnie marittime al fine di rilasciare permessi per la raccolta di campioni a bordo. Ringraziamo Roberto Lombardo, il cui progetto di tesi magistrale ha avviato l'esplorazione dell'eDNA e dei traghetti. Infine, ringraziamo le compagnie marittime che ci hanno permesso di salire a bordo e campionare l'eDNA in relazione al progetto LIFE-CONCEPTU MARIS, poiché questo ci ha dato l'opportunità di testare il nostro metodo su diverse navi attraverso il Mar Mediterraneo: Grimaldi Lines, Minoan Lines, Tirrenia, Balearia, Corsica e Sardinia Ferries, Grandi Navi Veloci (GNV). Il progetto LIFE-CONCEPTU MARIS, finanziato dall'UE, fornisce la prova di concetto della replicabilità dell'approccio su larga scala, oltre a finanziare la produzione di questa video-pubblicazione che consentirà al protocollo operativo standardizzato (SOP) di essere diffuso a una comunità scientifica più ampia e al pubblico. Ringraziamo Mattia Nocciola e Francesco Tommasinelli (Triton Research) per aver fornito alcune riprese del protocollo. Infine, ringraziamo tutti gli equipaggi che hanno interagito con noi e ci hanno assistito con il nostro campionamento negli ultimi 5 anni.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Membrane filtranti diametro 4,7 cm | Biosigma S.p.A. | https://www.biosigma.com/ | Membrane filtranti da 0,45 μ m porosità, confezionato singolarmente |
| Fiasche da 4/5 L | Duran | Fiaschetta in vetro da https://www.duran-bottle-system.com/ | 5 L con tappo |
| Tamponi in carta assorbente | Advantec MFS, Inc. | https://www.advantecmfs.com/category/absorbent-pads-1 | Tamponi assorbenti in carta da filtro, misura 47 mm. |
| Bag-in-Box (BiB) | G.M.V. Agricenter S.r.l. | Sacchi in scatola da https://www.gmvagricenter.it/ | 10 litri con rubinetto |
| Cilindri filtranti | Sartorius AG | https://shop.sartorius.com/in/industrial-microbiology-filtration-devices/biosart-100-monitors/p/M_Biosart_100_Monitors# | Biostart 100 Cilindri monitor, con 0,45 μ M membrana inclusa |
| Pellicola sigillante | Merck | https://www.sigmaaldrich.com/IN/en/product/sigma/hs234526a?utm_source=bing&utm_medium= cpc& utm_campaign=Tutti+product_ dsa_WW_%28Bing+EbizPFS%29& utm_id=626946489& utm_content= 1166583023365595& msclkid= d2b55b82440b1aef56fc3ca803c 6486f& utm_term = %2Fproduct%2F | 4 pollici x 125 piedi rotolo di pellicola sigillante da laboratorio |
| Pompa per vuoto | KNF Group | https://knf.com/en/us | Laboport pompa per vuoto portatile N. 96 |
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi permesso