Hier presenteren we een nieuw protocol om marien eDNA op te halen door het verzamelen en filteren van zeewatermonsters van operationele veerboten en andere commerciële schepen.
Methodenartikel
Hier presenteren we een nieuw protocol om marien eDNA op te halen door het verzamelen en filteren van zeewatermonsters van operationele veerboten en andere commerciële schepen.
Genetische hulpmiddelen om informatie uit DNA-sporen in het milieu te halen, zijn goed ingeburgerd voor zowel gerichte als taxonomisch brede karakterisering van de biodiversiteit. Toch kan het verzamelen van eDNA-monsters uit slecht toegankelijke gebieden, zoals in abyssale of offshore wateren, in de mariene context nog steeds een beperking zijn. Het gebruik van lijndiensten of commerciële schepen die grote stukken open zee doorkruisen, kan waardevolle opportunistische platforms zijn voor het verzamelen van milieumonsters. De voordelen zijn legio, van de mogelijkheid om gegevens te verzamelen in alle weersomstandigheden en op elk moment van de dag tot de herhaalbaarheid in de tijd, omdat de routes constant zijn en met een totale vermindering van de kosten en brandstofemissies. Eerder werk heeft aangetoond dat de aanpak mogelijk en succesvol is. Het proces van het verkrijgen van monsters uit de buiken van deze grote zeeschepen is echter mogelijk niet onmiddellijk. Dit werk illustreert tot in detail hoe het opvangen en filteren van zeewater van grote schepen kan worden voorbereid, geregeld en uitgevoerd.
In de afgelopen decennia is de analyse van milieu-DNA (eDNA), namelijk de detectie van genetisch materiaal dat door organismen in het milieu is achtergelaten, snel gegroeid als een veelbelovend monitoringsinstrument voor zoetwater- en zeediergemeenschappen. Deze moleculaire techniek biedt de mogelijkheid om tegelijkertijd meerdere taxa te identificeren binnen een enkel monster (metabarcoding-benadering), waardoor de biologische gemeenschappen kunnen worden gedetecteerd die het bemonsterde gebied bewonen of doorkruisen 1,2,3,4,5.
Momenteel is de echte uitdaging het bereiken van bemonsteringsplekken, aangezien het vaak economisch en/of logistiek onhaalbaar is om monsters op grote geografische schaal te verzamelen, waardoor pelagische gebieden meestal te weinig bemonsterd worden in vergelijking met meer toegankelijke kustgebieden6. Het gebruik van veerboten of andere commerciële schepen maakt het mogelijk om in hoge mate reproduceerbare bemonsteringstransecten te gebruiken, aangezien ze specifieke scheepvaartroutes volgen die doorgaans constant zijn gedurende het seizoen en grote gebieden bestrijken 7,8. Bovendien maakt het gebruik van veerbootroutes als bemonsteringsmiddel het mogelijk om op elk moment van de dag en tijdens elk seizoen monsters te nemen, ongeacht het weer en de zeecondities, naast tal van andere voordelen (aanvullende figuur 1). Voorlopige studies hebben zowel de haalbaarheid als de nauwkeurigheid ervan bewezen voor het beoordelen van biodiversiteitsindexen 9,10. Watermonsters kunnen worden verzameld uit de machinekamer van de veerboot via een afleidingspijp die het mariene koelwater stroomopwaarts van de motoren onderschept. LIFE-CONCEPTU MARIS (CONservation of CEtaceans and Pelagic sea TUrtles in Med: Managing Actions for their Recovery In Sustainability) is het eerste project waarin dit proof of concept op grote schaal in de praktijk is gebracht: het is gericht op het verzamelen van 500 monsters (over een periode van twee jaar), en het omvat de betrokkenheid van niet één, maar meerdere veerbootmaatschappijen en verschillende vervoerders, waardoor kritieke problemen aan het licht kunnen komen en bemonsteringsstrategieën kunnen worden verfijnd om zich beter aan te passen aan de meest uiteenlopende contexten die zich aan boord kunnen voordoen. Hieronder beschrijven we de kenmerken van het project voor zijn component met betrekking tot de grootschalige verzameling van DNA-monsters in het mariene milieu (voor de beschrijving van het project, zie https://webgate.ec.europa.eu/life/publicWebsite/project/details/5707).
De beslissing om een bemonsteringscampagne uit te voeren met behulp van een lijnveerboot impliceert een aantal acties die moeten worden ondernomen vóór de eigenlijke bemonstering, het aspect dat rechtstreeks in dit werk aan de orde komt. Hier noemen we kort de acties die moeten voorafgaan aan bemonstering aan boord van een commercieel vaartuig.
Dit is een aspect dat niet over het hoofd mag worden gezien en dat bepalend is voor het succes van de inzamelactie. Rederijen zijn commerciële en geen onderzoeksinstellingen en zijn derhalve niet op de hoogte van de doelstellingen van het wetenschappelijk onderzoek dat aan boord moet worden uitgevoerd, en hoeven dat ook niet te zijn. Dit impliceert een belangrijke en delicate beginfase waarin de doelstellingen van het voorgestelde wetenschappelijke project, dat multidisciplinair kan zijn, moeten worden overgedragen en gemotiveerd door het topmanagement van de rederij zelf. In het specifieke geval van het CONCEPTU MARIS-project werd dit mogelijk gemaakt door een decennialange relatie waarin de scheepvaartmaatschappijen al betrokken waren bij visuele monitoringprojecten (bijv. Fixed Line Transects [FLT]7), die een relatie van wederzijds respect bepaalden die nodig was om groen licht te kunnen krijgen voor toegang tot de machinekamers die onmisbaar zijn voor de bemonsteringsaanpak die in dit werk aan de orde is.
Het soort bemonsteringsregime dat in het CONCEPTU MARIS-project wordt toegepast, is tweeledig: de monsters worden zowel in vaste bemonsteringsstations (FSS, zie hieronder) als bij de waarnemingen van "zeldzame" walvisachtigen genomen. Deze vertegenwoordigen soorten die het minst worden waargenomen tijdens FTL-transecten11, namelijk: gewone dolfijn (Delphinus delphis), spitssnuitdolfijn (Ziphius cavirostris), griend (Globicephala melas), Risso's dolfijn (Grampus griseus), potvis (Physeter macrocephalus) en vinvis (Balaenoptera physalus)). Een extra watermonster wordt alleen genomen wanneer de waarneming van de zeldzame soorten die door het visuele tellingsteam (FLT-team) is gemeld, meer dan een half uur voor of na een van de FSS'en plaatsvindt. De bemonsteringen die in combinatie met de waarnemingen worden uitgevoerd, zullen noodzakelijkerwijs allemaal overdag zijn.
Vaste bemonsteringsstations (FSS'en), waarvan de geopositie tijdens cruises onveranderlijk blijft, worden vooraf geïdentificeerd en overeengekomen met het hele werkteam. De geografische posities van FSS'en worden geselecteerd op basis van 1) de aanwezigheid van een locatie van biologisch belang op basis van eerdere observatie-/literatuurgegevens; 2) prioriteit gegeven aan punten die habitatveranderingen aangeven op bathymetrische kaarten (bijv. rand van het continentaal plat); 3) homogene dekking van de aangewezen scheepvaartroutes, waarbij ongeveer op gelijke afstand van elkaar gelegen bemonsteringslocaties worden geselecteerd (ongeveer 35-45 zeemijl uit elkaar), om zowel de hele route te bestrijken als te voorzien in het verzamelen van nachtelijke monsters.
Om ervoor te zorgen dat aangrenzende monsters op verschillende tijdstippen van de dag worden genomen en dat er voldoende tijd is tussen twee opeenvolgende monsters om de monsterverwerking te voltooien, is het raadzaam om monsters te nemen van aangrenzende FSS'en, één op de heenreis en één op de terugreis. Dit betekent dat als de FSS'en zijn genummerd volgens de chronologische volgorde waarin ze zijn bemonsterd, ze niet in een opeenvolgende volgorde op de kaart zullen verschijnen. Als er bijvoorbeeld 6 FSS'en worden geselecteerd, worden er 3 bemonsterd op de heenreis en 3 op de terugreis. "Hun volgorde langs de route op de kaart zal PortAFSS1-FSS6-FSS2-FSS5-FSS3-FSS4-PortB zijn, waarbij de drie bemonsteringsstations in cursief (FSS4, FSS5 en FSS6) worden onderzocht in de terugreis (zie figuur 1).
Elke FSS heeft een uniek identificatienummer (d.w.z. geen van de FSS'en die op verschillende routes zijn geïdentificeerd, heeft hetzelfde identificatienummer). De nummering wordt toegewezen wanneer een FSS voor het eerst wordt bemonsterd, en opeenvolgende nummering volgt. Daarom zullen aan het einde van het project de FSS'en met een laag nummer zijn die al enkele jaren zijn getest of waarvoor de oudste gegevens beschikbaar zijn.
Elk monster bestaat uit ca. 13 L zeewater dat bij elk bemonsteringsstation wordt opgevangen. Het zeewater wordt rechtstreeks uit de afleidingspijp van de veerboot gedecanteerd in "Bag-in-the-Box" (BiB) containers, d.w.z. steriel met folie gelamineerde plastic zakken, totdat het monster wordt verwerkt (zie hieronder). De kenmerken en voordelen van het Bag-in-Box Sampling System (BiBSS) worden in detail geïllustreerd door Valsecchi et al. (2021)9 en worden hier gemakshalve ook gerapporteerd in Figuur 2 .
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Klaarmaken in het laboratorium
2. Klaarmaken aan boord
3. Afname van watermonsters (in de machinekamer)
OPMERKING: Figuur 4 toont de fasen van het verzamelen van zeewatermonsters.
4. De filtratie van de zeewatersteekproef
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Door het protocol uit te voeren zoals beschreven, wordt door de operator een aantal filters verzameld dat gelijk is aan het aantal FSS vermenigvuldigd voor 3 replica's. Elk filter bewaart biologische sporen (omgevings-DNA) aan een van de twee zijden. De analytische stappen na eDNA-extractie zijn sterk afhankelijk van de onderzoeksvraag, het doel en het doel. In de pilotstudie van Valsecchi et al.9 maakte het beschreven eDNA-verzamelingsprotocol bijvoorbeeld het mo...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Aangezien de protocolstappen eenvoudig en duidelijk zijn, zijn er enkele relevante overwegingen waarmee rekening moet worden gehouden bij het werken op commerciële veerboten. De leiding voor het afleiden van koelwater bevindt zich meestal in de machinekamer, waartoe de toegang beperkt kan zijn of afhankelijk kan zijn van voorafgaande toestemming. Daarom is het van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat u over een dergelijke autorisatie beschikt, samen met de juiste persoonlijke bescherm...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
We danken ten zeerste de mensen die het mogelijk hebben gemaakt om de hier gepresenteerde methode te testen en te ontwikkelen, namelijk Antonella Arcangeli (ISPRA), die al tientallen jaren het FLT-project leidt waarmee mediterrane (en niet-mediterrane) walvisachtigen voortdurend visueel worden gecontroleerd op basis van een dicht netwerk van veerboten en die geloofden in het ambitieuze voorstel om DNA te zoeken in de routes die door veerboten worden doorkruist; Cristina Pizzutti, van Corsica en Sardinia Ferries, die de uitdaging met enthousiasme aanging en ons de logistieke ondersteuning gaf om de methodologie voor het eerst te testen op een vervoerder uit hun vloot, (waarbij ook de crew van videomakers die de opnames hebben gemaakt) welkom was; Fulvio Maffucci, voor het omgaan met verschillende maritieme bedrijven om vergunningen af te geven voor het afnemen van monsters aan boord. We danken Roberto Lombardo, wiens masterproefproject de verkenning van eDNA en veerboten op gang bracht. Tot slot bedanken we de maritieme bedrijven die ons in staat hebben gesteld om aan boord te gaan en eDNA te bemonsteren in het kader van het LIFE-CONCEPTU MARIS-project, aangezien dit ons de mogelijkheid gaf om onze methode te testen op verschillende schepen over de Middellandse Zee: Grimaldi Lines, Minoan Lines, Tirrenia, Balearia, Corsica en Sardinia Ferries, Grandi Navi Veloci (GNV). Het lopende, door de EU gefinancierde LIFE-CONCEPTU MARIS project levert het proof of concept van de reproduceerbaarheid van de aanpak op grote schaal, naast het financieren van de productie van deze video-publicatie die het mogelijk zal maken om het Standardized Operational Protocol (SOP) te verspreiden onder een grotere wetenschappelijke gemeenschap en het publiek. We danken Mattia Nocciola en Francesco Tommasinelli (Triton Research) voor het verstrekken van wat beeldmateriaal van het protocol. Tot slot bedanken we alle bemanningen die de afgelopen 5 jaar met ons hebben samengewerkt en hebben geholpen bij onze bemonstering.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
```html
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 4.7 cm diameter filter membranes | Biosigma S.p.A. | https://www.biosigma.com/ | Filtermembranen met een porositeit van 0,45 μm, individueel verpakt |
| 4/5 L vacuum flasks | Duran | https://www.duran-bottle-system.com/ | 5 L glazen fles met stop |
| Absorbent paper pads | Advantec MFS, Inc. | https://www.advantecmfs.com/category/absorbent-pads-1 | Filterpapier absorberende pads, maat 47 mm. |
| Bag-in-Box (BiB) | G.M.V. Agricenter S.r.l. | https://www.gmvagricenter.it/ | 10 liter zakken-in-doos met kraan |
| Filtering cylinders | Sartorius AG | https://shop.sartorius.com/in/industrial-microbiology-filtration-devices/biosart-100-monitors/p/M_Biosart_100_Monitors# | Biostart 100 Monitor cilinders, inclusief 0,45 μm membraan |
| Sealing film | Merck | https://www.sigmaaldrich.com/IN/en/product/sigma/hs234526a?utm_source=bing&utm_medium= cpc&utm_campaign=all+product_ dsa_WW_%28bing+ebizpfs%29& utm_id=626946489&utm_content= 1166583023365595&msclkid= d2b55b82440b1aef56fc3ca803c 6486f&utm_term=%2Fproduct%2F | 4 inch x 125 voet rol laboratorium afdichtingsfolie |
| Vacuum pump | KNF Group | https://knf.com/en/us | Laboport draagbare vacuümpomp N. 96 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen