ここでは、運航中のフェリーやその他の商船からの海水サンプルの収集とろ過を通じて海洋eDNAを回収するための新しいプロトコルを紹介します。
方法論記事
ここでは、運航中のフェリーやその他の商船からの海水サンプルの収集とろ過を通じて海洋eDNAを回収するための新しいプロトコルを紹介します。
環境DNAの痕跡から情報を取得するための遺伝的ツールは、標的および分類学的に広範な生物多様性の特性評価の両方のために十分に確立されています。しかし、海洋の文脈では、深海や沖合など、アクセスの悪い場所からeDNAサンプルを収集することは依然として制限である可能性があります。広大な外洋を横断する定期フェリーや商船の使用は、環境サンプルを収集するための貴重な日和見的なプラットフォームを構成することができます。どんな気象条件でも、いつでもデータを収集できることから、経時的な再現性、ルートが一定であること、コストと燃料排出量の総削減まで、利点は数え切れないほどあります。これまでの研究では、このアプローチが可能であり、成功していることが示されています。ただし、これらの大型船舶の腹部からサンプルを取得するプロセスは、すぐには行われない場合があります。この作品は、大型船からの海水の収集とろ過がどのように準備され、手配され、実行されるかを詳細に示しています。
過去数十年で、環境DNA(eDNA)の分析、つまり環境中の生物が残した遺伝物質の検出は、淡水および海洋動物のコミュニティの有望な監視ツールとして急速に成長しました。この分子技術は、単一のサンプル内の複数の分類群を同時に識別する可能性を提供し(メタバーコードアプローチ)、サンプリングされた領域に生息または横切る生物群集の検出を可能にします1,2,3,4,5。
現在、本当の課題は、大規模な地理的スケールにわたってサンプルを収集することは経済的および/またはロジスティック的に実行不可能であることが多いため、サンプリングスポットに到達することであり、その結果、遠洋地域は通常、よりアクセスしやすい沿岸地域と比較してサンプリングが不十分です6。フェリーやその他の商船を使用すると、通常、季節を通して一定であり、広い領域をカバーする特定の輸送ルートをたどるため、再現性の高いサンプリング横断面が可能になります 7,8。また、フェリー航路をサンプリング手段として利用することで、天候や海況に左右されず、四季折々に検体採取が可能となり、他にも多くのメリットがあります(図1)。予備研究により、生物多様性指数9,10を評価するための実現可能性と精度の両方が証明されています。水サンプルは、エンジンの上流の海洋冷却水を遮断する派生パイプを介してフェリーのエンジンルームから収集できます。LIFE-CONCEPTU MARIS (地中海におけるタセ類および遠洋海の保護: 持続可能性における回復のための行動の管理) は、この概念実証が大規模に実施された最初のプロジェクトです: 500 サンプルの収集 (2 年間以上) を目的としており、1 つではなく複数のフェリー会社と複数の運送業者が関与します。 重要な問題を強調し、サンプリング戦略を改良して、船上で遭遇する可能性のある最も多様な状況によりよく適応することができます。海洋環境DNAサンプルの大規模な収集に関連するコンポーネントについて、プロジェクトの特徴を以下に説明します(プロジェクトの説明については、https://webgate.ec.europa.eu/life/publicWebsite/project/details/5707 をご覧ください)。
定期フェリーを使用してサンプリングキャンペーンを実施するという決定は、実際のサンプリングの前に取らなければならないいくつかのアクションを意味しており、これはこの作業で直接取り上げられている側面です。ここでは、商船からの船上サンプリングに先立って行う必要があるアクションについて簡単に説明します。
これは見逃してはならない側面であり、収集キャンペーンの成功を左右します。海運会社は営利団体であり、研究機関ではないため、船上で実施されることを意図した科学研究の目的と目的に精通しておらず、その必要もありません。これは、提案された科学プロジェクトの目的が学際的である可能性があり、海運会社自体のトップマネジメントによって伝達され、動機付けられなければならない重要かつデリケートな初期段階を意味します。CONCEPTU MARISプロジェクトの特定のケースでは、これは、海運会社がすでに目視監視プロジェクト(固定線トランセクト[FLT]7など)に関与していた数十年にわたる関係によって可能になり、この作業の対象となるサンプリングアプローチに不可欠なエンジンルームへのアクセスのゴーサインを得るために必要な相互尊重の関係が決定されました。
CONCEPTU MARISプロジェクトで採用されているサンプリング体制の種類は2つあり、サンプルは固定サンプリングステーション(FSS、下記参照)と「珍しい」クジラ類の目撃の際に採取されます。これらは、FTLトランセクト11で最も目撃されない種、すなわち、一般的なイルカ(Delphinus delphis)、キュビエのくちばしクジラ(Ziphius cavirostris)、パイロットクジラ(Globicephala melas)、リッソイルカ(Grampus griseus)、マッコウクジラ(Physeter macrocephalus)およびナガスクジラ(Balaenoptera physalus)).追加の水サンプルは、目視国勢調査チーム(FLTチーム)によって報告された希少種の目撃がFSSの1つの前後に30分以上発生した場合にのみ収集されます。目撃情報に関連して実施されるサンプリングは、必然的にすべて日周的になります。
クルーズ中も地理的位置が不変のままである固定サンプリングステーション(FSS)は、事前に特定され、作業チーム全体と合意されます。FSS の地理的位置は、1) 以前の観察/文献データに基づく生物学的に関心のある場所の存在に従って選択されます。2)水深図上の生息地の変化を示すポイント(大陸棚の端など)に優先順位が与えられます。3)指定された航路を均一にカバーし、ルート全体をカバーし、夜間のサンプルの収集も予測するために、ほぼ等距離のサンプリングサイト(約35〜45海里離れた)を選択します。
隣接するサンプルが一日の異なる時間帯に採取され、2 つの連続したサンプルの間にサンプル処理が完了するのに十分な時間を確保するために、隣接する FSS からサンプルを採取することをお勧めします (往路と復路)。つまり、FSS がサンプリングされた時系列に従って番号が付けられている場合、マップ上に連続した順序で表示されません。たとえば、6 つの FSS が選択されている場合、往路では 3 つ、復路では 3 つがサンプリングされます。「地図上のルートに沿った順序は、PortAFSS1-FSS6-FSS2-FSS5-FSS3-FSS4-PortBで、イタリック体の3つのサンプリングステーション(FSS4、FSS5、FSS6)は帰路で調査されます( 図1を参照)。
各 FSS には一意の識別番号があります(つまり、異なるルートで識別された FSS のいずれも同じ識別番号を共有しません)。番号付けは、FSS が最初にサンプリングされたときに割り当てられ、連続した番号付けが続きます。したがって、プロジェクトの最後には、番号の少ないFSSは、数年間テストされたFSSまたは最も古いデータが利用可能なFSSになります。
各サンプルは、各サンプリングステーションで収集された約13Lの海水で構成されています。海水は、サンプル処理まで、フェリーの派生パイプから「バッグインザボックス」(BiB)容器、つまり滅菌ホイルラミネートビニール袋に直接デカントされます(以下を参照)。バッグインボックスサンプリングシステム(BiBSS)の特徴と利点は、Valsecchi et al. (2021)9 によって詳細に説明されており、便宜上、図 2 でも報告されています。
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1. 実験室での準備
2. 機内での準備
3. 水サンプル採取(エンジンルーム内)
注: 図4 は、海水サンプル収集の段階を示しています。
4. 海水サンプルのろ過
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説明されているようにプロトコルを実行すると、3 つのレプリカに FSS の数を乗算した数に等しい数のフィルターがオペレーターによって収集されます。各フィルターは、両面のうちの片面に生物学的痕跡(環境DNA)を保持します。eDNA抽出後の分析ステップは、研究課題、ターゲット、および目標に大きく依存します。たとえば、Valsecchiらによるパイロット研究では、9、記載されているeDNA収集プロトコルにより、複製可能で体系的な海洋巨大動物調査の設計が可能になりました。メタバーコードアプローチを使用し、分析する2つの異なる脊椎動物特異的マーカーを選択すると、いくつかの脊椎動物種(硬骨魚、エラスモブランチ、クジラ類)を検出することができました。これらの結果により、種の相対的な存在量(図13)とその空間分布を推測することができ、したがって、サンプリングされたルートとその栄養構造9に沿った脊椎動物群集の構成を再構築することができました。このアプローチで得られた海洋環境DNAは、生物のあらゆるグル...
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プロトコルの手順はシンプルかつ簡単なため、商用フェリーで作業する際には考慮すべき関連考慮事項がいくつかあります。冷却水誘導パイプは通常、エンジンルームエリアにあり、アクセスが制限されたり、事前の許可が必要になったりする場合があります。したがって、適切な個人用保護具とともに、そのような許可を確実に取得することが極めて重要です (図 4)。さらに、汚染を避けるために、集水とろ過は可能な限り無菌状態で行う必要があります。サンプルの保存と移動、コールドチェーンの維持も、ろ過前に確認する必要がある重要なステップです。サンプルの輸送も容易になることを考慮して、収集後すぐにBiBに含まれる水をろ過することが常に望ましいです。ただし、不可能な場合は、サンプルの品質に影響を与えることなく最大2週間保存できます9。サンプルを効果的に保管するには、BiB を新鮮な場所に保管し、輸送中に太陽にさらされないようにする必要があります。さらに、ろ過中に失われやすくなる細胞外 DNA の放出につ...
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著者らは開示するものは何もない。
ここで提示された方法のテストと開発を可能にしてくれた人々、つまり、地中海(および非地中海)のクジラ類をフェリーの密集したネットワークに依存して常に視覚的に監視するFLTプロジェクトを何十年にもわたって指揮してきたアントネッラ・アルカンジェリ(ISPRA)に深く感謝します。コルシカ島とサルデーニャ島のフェリーズのクリスティーナ・ピズッティは、熱意を持って挑戦を受け入れ、彼らの船団の空母で初めて方法論をテストするための後方支援を提供してくれました(撮影を行ったビデオメーカーの乗組員も歓迎しました)。Fulvio Maffucciは、船上サンプル収集の許可証を発行するために、さまざまな海事会社と取引しました。eDNAとフェリーの探索を開始した修士論文プロジェクトであるRoberto Lombardoに感謝します。最後に、LIFE-CONCEPTU MARISプロジェクトに関連して、地中海を渡るいくつかの異なる船舶(グリマルディライン、ミノアライン、ティレニア、バレアリア、コルシカ、サルデーニャフェリー、グランディナビヴェローチ(GNV))で私たちの方法をテストする機会を与えてくれた海事会社に感謝します。現在進行中のEU資金提供のLIFE-CONCEPTU MARISプロジェクトは、標準化された運用プロトコル(SOP)をより大きな科学コミュニティと一般の人々に広めることを可能にするこのビデオ出版物の制作に資金を提供することに加えて、アプローチの大規模な再現可能性の概念実証を提供します。プロトコルの映像を提供してくれたMattia Nocciola氏とFrancesco Tommasinelli氏(Triton Research)に感謝します。最後に、過去5年間に私たちと交流し、サンプリングを支援してくれたすべての乗組員に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
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| バッグインボックス(BiB) | GMV Agricenter S.r.l. | https://www.gmvagricenter.it/ | 10リットルの蛇口付きバッグインボックス |
| シリンダー | ザルトリウスAG | https://shop.sartorius.com/in/industrial-microbiology-filtration-devices/biosart-100-monitors/p/M_Biosart_100_Monitors# | Biostart 100モニターシリンダー、0.45&μ;mメンブレン付属 |
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