여기에서는 운항 중인 페리 및 기타 상업용 선박에서 해수 샘플을 수집하고 여과하여 해양 eDNA를 검색하는 새로운 프로토콜을 제시합니다.
방법 논문
여기에서는 운항 중인 페리 및 기타 상업용 선박에서 해수 샘플을 수집하고 여과하여 해양 eDNA를 검색하는 새로운 프로토콜을 제시합니다.
환경 DNA 흔적에서 정보를 검색하는 유전 도구는 표적 및 분류학적으로 광범위한 생물 다양성 특성화 모두에 대해 잘 확립되어 있습니다. 그러나 해양 맥락에서는 심해나 근해 수역과 같이 접근하기 어려운 지역에서 eDNA 샘플을 수집하는 것이 여전히 한계가 될 수 있습니다. 넓은 넓은 바다를 횡단하는 정기 페리 또는 상업선의 사용은 환경 샘플 수집을 위한 귀중한 기회주의적 플랫폼을 구성할 수 있습니다. 어떤 기상 조건에서든 하루 중 언제든지 데이터를 수집할 수 있는 가능성부터 시간이 지남에 따라 반복성, 경로가 일정하고 비용 및 연료 배출량을 완전히 줄일 수 있다는 점까지 이점은 셀 수 없이 많습니다. 이전 연구에서는 이 접근 방식이 가능하고 성공적이라는 것을 보여주었습니다. 그러나 이러한 대형 해양 선박의 배에서 샘플을 채취하는 과정은 즉각적이지 않을 수 있습니다. 이 작업은 대형 선박에서 해수를 수집하고 여과하는 방법을 어떻게 준비, 배치 및 수행할 수 있는지 세부적으로 보여줍니다.
지난 수십 년 동안 환경 DNA(eDNA) 분석, 즉 환경에 있는 유기체가 남긴 유전 물질을 검출하는 것은 민물 및 해양 동물 군집을 위한 유망한 모니터링 도구로 빠르게 성장했습니다. 이 분자 기술은 단일 샘플 내에서 여러 분류군을 동시에 식별할 수 있는 가능성을 제공하여 (메타바코드 접근법) 샘플링된 영역에 서식하거나 가로지르는 생물학적 군집을 검출할 수 있습니다 1,2,3,4,5.
현재 실제 과제는 샘플링 지점에 도달하는 것인데, 이는 대규모 지리적 규모에 걸쳐 샘플을 수집하는 것이 경제적 및/또는 물류적으로 불가능하여 원양 지역이 더 접근하기 쉬운해안 지역에 비해 일반적으로 샘플링이 부족하기 때문입니다6. 페리 또는 기타 상업용 선박을 사용하면 일반적으로 시즌 동안 일정하고 넓은 지역을 커버하는 특정 운송 경로를 따르기 때문에 복제 가능성이 높은 샘플링 횡단면이 가능합니다 7,8. 또한 페리 노선을 샘플링 수단으로 사용하면 날씨와 해상 조건에 관계없이 하루 중 언제든지 모든 계절에 샘플을 수집할 수 있을 뿐만 아니라 다른 많은 이점이 있습니다(보충 그림 1). 예비 연구는 생물 다양성 지수 평가에 대한 타당성과 정확성을 모두 입증했습니다 9,10. 물 샘플은 엔진 상류의 해양 냉각수를 차단하는 파생 파이프를 통해 페리 엔진룸에서 수집할 수 있습니다. LIFE-CONCEPTU MARIS(메드에서 태류류 및 원양 바다 운송의 보존: 지속 가능성에서 회복을 위한 조치 관리)는 이 개념 증명이 대규모로 실행된 첫 번째 프로젝트입니다: 500개의 샘플 수집(2년 이상)을 목표로 하며, 한 곳이 아닌 여러 페리 회사와 여러 운송업체의 참여를 포함합니다. 중요한 문제를 강조하고 선상에서 발생할 수 있는 가장 다양한 상황에 더 잘 적응할 수 있도록 샘플링 전략을 개선할 수 있습니다. 해양 환경 DNA 샘플의 대규모 수집과 관련된 구성 요소에 대한 프로젝트의 특성을 아래에 설명합니다(프로젝트 설명은 https://webgate.ec.europa.eu/life/publicWebsite/project/details/5707 방문).
정기 페리를 사용하여 샘플링 캠페인을 수행하기로 한 결정은 실제 샘플링 전에 취해야 하는 몇 가지 조치를 의미하며, 이는 이 작업에서 직접 다루는 측면입니다. 여기에서는 모든 상업용 선박에서 선상 샘플링에 앞서 수행해야 하는 조치에 대해 간략하게 언급합니다.
이는 간과해서는 안 될 측면이며 수집 캠페인의 성공 여부를 결정하는 측면입니다. 해운 회사는 연구 기관이 아닌 상업적 기관이므로 선상에서 수행하려는 과학 연구의 목적과 목적을 잘 알지 못하며 그럴 필요도 없습니다. 이는 다학제적일 수 있는 제안된 과학 프로젝트의 목표가 해운 회사 자체의 최고 경영진에 의해 전달되고 동기를 부여되어야 하는 중요하고 섬세한 초기 단계를 의미합니다. CONCEPTU MARIS 프로젝트의 특정 사례에서 이는 해운 회사가 이미 시각적 모니터링 프로젝트(예: 고정 라인 횡단면[FLT]7)에 참여한 수십 년간의 관계에 의해 가능했으며, 이는 이 작업에서 다루는 샘플링 접근 방식에 필수적인 엔진룸에 대한 접근을 위한 승인을 얻을 수 있는 데 필요한 상호 존중 관계를 결정했습니다.
CONCEPTU MARIS 프로젝트에서 채택된 샘플링 체제의 종류는 두 가지입니다: 샘플은 고정 샘플링 스테이션(FSS, 아래 참조)과 "희귀한" 고래류를 목격할 때 모두 채취됩니다. 이들은 FTL 횡단면11에서 가장 적게 볼 수 있는 종, 즉 일반 돌고래(Delphinus delphis), 퀴비에 부리고래(Ziphius cavirostris), 파일럿 고래(Globicephala melas), 리소 돌고래(Grampus griseus), 향유고래(Physeter macrocephalus) 및 지느러미 고래(Balaenoptera physalus)를 나타냅니다). 추가 물 샘플은 육안 인구 조사 팀(FLT 팀)이 보고한 희귀종의 목격이 FSS 중 하나 전후에 30분 이상 발생하는 경우에만 수집됩니다. 목격과 함께 수행되는 샘플링은 필연적으로 모두 주간일 것입니다.
크루즈 동안 지리적 위치가 변하지 않는 고정 샘플링 스테이션(FSS)은 사전에 식별되고 전체 작업 팀과 합의됩니다. FSS의 지리적 위치는 1) 이전 관찰/문헌 데이터를 기반으로 생물학적 관심 장소의 존재에 따라 선택됩니다. 2) 수심 지도에서 서식지 변화를 나타내는 지점(예: 대륙붕 가장자리)에 우선 순위가 부여됩니다. 3) 지정된 항로의 균일한 범위, 따라서 전체 경로를 포괄하고 야간 샘플 수집도 예측하기 위해 거의 동일한 거리의 샘플링 장소(약 35-45해리 간격)를 선택합니다.
인접한 샘플이 하루 중 다른 시간에 채취되고 두 개의 연속 샘플 사이에 샘플 처리를 완료하기에 충분한 시간이 있는지 확인하려면 인접한 FSS에서 샘플을 채취하는 것이 좋습니다. 즉, FSS가 샘플링된 시간순에 따라 번호가 매겨지면 맵에 연속적인 순서로 표시되지 않습니다. 예를 들어 6개의 FSS를 선택한 경우 3개는 출국 여정에서 샘플링되고 3개는 돌아오는 여정에서 샘플링됩니다. "지도의 경로를 따라 순서는 PortAFSS1-FSS6-FSS2-FSS5-FSS3-FSS4-PortB이며, 이탤릭체의 3개 샘플링 스테이션(FSS4, FSS5 및 FSS6)은 돌아오는 여정에서 조사됩니다( 그림 1 참조).
각 단일 FSS에는 고유한 식별 번호가 있습니다(즉, 서로 다른 경로에서 식별된 FSS는 동일한 식별 번호를 공유하지 않음). FSS가 처음 샘플링될 때 번호 매기기가 할당되고 연속 번호 매기기가 뒤따릅니다. 따라서 프로젝트가 끝날 때 번호가 낮은 FSS는 몇 년 동안 테스트되었거나 가장 오래된 데이터를 사용할 수 있는 FSS가 될 것입니다.
각 샘플은 각 샘플링 스테이션에서 수집된 약 13L의 해수로 구성됩니다. 바닷물은 샘플 처리(아래 참조)까지 페리의 파생 파이프에서 "Bag-in-the-Box"(BiB) 용기, 즉 멸균 호일 적층 비닐 봉지로 직접 디캔팅됩니다. BiBSS(Bag-in-Box Sampling System)의 특성과 장점은 Valsecchi et al. (2021)9 에 의해 자세히 설명되어 있으며 편의를 위해 여기 그림 2 에도 보고되어 있습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
1. 실험실에서 준비하기
2. 기내 준비
3. 물 샘플 수집(기관실)
참고: 그림 4 는 해수 샘플 수집 단계를 보여줍니다.
4. 해수 샘플 여과
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
설명된 대로 프로토콜을 실행하면 3개의 복제본에 대해 FSS 수를 곱한 수와 동일한 수의 필터가 운영자에 의해 수집됩니다. 각 필터는 양면 중 하나에 생물학적 흔적(환경 DNA)을 유지합니다. eDNA 추출 이후의 분석 단계는 연구 질문, 표적 및 목표에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, Valsecchi et al.9의 파일럿 연구에서 설명된 eDNA 수집 프로토콜은 복제 가능하고 체계적인 해양 거대 동물군 조사의 설계를 허용했습니다. 메타바코드 접근 방식을 사용하고 분석할 두 가지 척추동물 특이적 마커를 선택하여 여러 척추동물 종(경골 물고기, 엘라스모브랜치, 고래류)을 검출할 수 있었습니다. 이러한 결과를 통해 우리는 종의 상대적 풍부도(그림 13)와 공간적 분포를 추론할 수 있었고, 따라서 샘플링된 경로와 영양 구조를 따라 척추동물 군집 구성을 재구성할 수 있었습니다9. 이 접근 방...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜 단계가 간단하고 간단하기 때문에 상업용 페리에서 작업할 때 고려해야 할 몇 가지 관련 고려 사항이 있습니다. 냉각수 유도 파이프는 일반적으로 엔진룸 영역에 위치하며 접근이 제한되거나 사전 승인이 필요할 수 있습니다. 따라서 적절한 개인 보호 장비와 함께 이러한 승인을 받는 것이 중요합니다(그림 4). 또한 물 수집 및 여과는 오염을 방지하기 위해 가능한 가장 멸균 조건에서 이루어져야 합니다. 콜드체인을 유지하는 샘플 보존 및 이송은 여과 전에 확인해야 하는 또 다른 중요한 단계입니다. BiB에 포함된 물을 수집 직후 여과하는 것이 항상 바람직하며, 이는 샘플 운송을 용이하게 한다는 점을 고려합니다. 그러나 가능하지 않은 경우 샘플은 품질에 영향을 주지 않고 최대 2주 동안 보관할 수 있습니다9. 샘플을 효과적으로 보관하려면 BiB를 새로운 장소에 보관하고 운송 중에...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 공개할 것이 없습니다.
여기에 제시된 방법을 테스트하고 개발할 수 있도록 해준 사람들, 즉 지중해(및 비지중해) 고래류를 조밀한 페리 네트워크에 의존하여 지속적으로 육안으로 모니터링하고 페리가 건너는 경로에서 DNA를 검색한다는 야심찬 제안을 믿은 수십 년 동안 FLT 프로젝트를 지휘해 온 Antonella Arcangeli(ISPRA)에게 깊은 감사를 드립니다. 코르시카 및 사르데냐 페리의 크리스티나 피주티(Cristina Pizzutti)는 열정적으로 도전을 받아들여 함대의 항공모함에서 처음으로 방법론을 테스트할 수 있는 물류 지원을 제공했습니다(촬영을 한 비디오 제작자 제작진도 환영합니다). Fulvio Maffucci는 선상 샘플 수집 허가를 발급하기 위해 다양한 해상 회사와 거래했습니다. 석사 논문 프로젝트가 eDNA와 페리 탐사를 시작한 Roberto Lombardo에게 감사드립니다. 마지막으로, 지중해를 가로지르는 여러 선박(그리말디 라인, 미노안 라인, 티레니아, 발레리아, 코르시카 및 사르데냐 페리, 그란디 나비 벨로치(GNV))에서 우리의 방법을 테스트할 수 있는 기회를 제공했기 때문에 LIFE-CONCEPTU MARIS 프로젝트와 관련하여 eDNA를 선착하고 샘플링할 수 있도록 허용해 준 해양 회사에 감사드립니다. 현재 진행 중인 EU 자금 지원 LIFE-CONCEPTU MARIS 프로젝트는 표준화된 운영 프로토콜(SOP)이 더 큰 과학계와 대중에게 널리 보급될 수 있도록 하는 이 비디오 간행물의 제작에 자금을 지원하는 것 외에도 대규모로 접근 방식의 복제 가능성에 대한 개념 증명을 제공합니다. 프로토콜에 대한 일부 영상을 제공해 주신 Mattia Nocciola와 Francesco Tommasinelli(Triton Research)에게 감사드립니다. 마지막으로, 지난 5년 동안 우리와 상호 작용하고 샘플링을 도와준 모든 승무원에게 감사드립니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 직경 4.7cm 필터 멤브레인 | Biosigma S.p.A. | https://www.biosigma.com/ | 0.45 & mu의 필터 멤브레인; M 다공성, 개별 포장  |
| 4/5 L 진공 플라스크 | Duran | https://www.duran-bottle-system.com/ | 5 L 마개가 있는 유리 플라스크 |
| 흡수성 종이 패드 | Advantec MFS, Inc. | https://www.advantecmfs.com/category/absorbent-pads-1 | 여과지 흡수 패드, 크기 47mm. |
| 백인박스(BiB) | GMV Agricenter S.r.l. | https://www.gmvagricenter.it/ | 도꼭지가 있는 10리터 백인 박스 |
| 실린더 | Sartorius AG | https://shop.sartorius.com/in/industrial-microbiology-filtration-devices/biosart-100-monitors/p/M_Biosart_100_Monitors# | Biostart 100 모니터 실린더, 0.45 μ M 멤브레인 포함  |
| 씰링 필름 | Merck | https://www.sigmaaldrich.com/IN/en/product/sigma/hs234526a?utm_source=bing&utm_medium= cpc& utm_campaign=모두+product_ dsa_WW_%28bing+ebizpfs%29& utm_id=626946489& utm_content= 1166583023365595& msclkid= d2b55b82440b1aef56fc3ca803c 6486f& utm_term=%2Fproduct%2F | 4인치 x 125피트 실험실 밀봉 필름 롤 |
| 진공 펌프 | KNF 그룹 | https://knf.com/en/us | Laboport 휴대용 진공 펌프 N. 96 |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청
허가 요청