Ein neuer DNA-Sammelansatz ermöglicht es Wissenschaftlern, genetische Informationen von Wildtieren zu erfassen, ohne die Tiere zu stören oder ihre eigene Sicherheit zu gefährden. Das an Elefantenmist getestete Protokoll lieferte genügend DNA, um ganze Genome nicht nur der Elefanten, sondern auch der zugehörigen Mikroben, Pflanzen, Parasiten und anderer Organismen zu sequenzieren – zu einem Bruchteil der Kosten aktueller Ansätze.
Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Fachblatt Grenzen in der Genetik.
„Wir haben bestehende Methoden so kombiniert, dass wir jetzt in der Lage sind, nichtinvasive Proben zur Generierung von Daten im Genommaßstab zu verwenden“, sagte Alida de Flamingh, Postdoktorandin an der University of Illinois Urbana-Champaign, die die Arbeit mit U. of leitete I. Professor für Tierwissenschaften Alfred Roca. „Auf diese Weise können wir Wildtierpopulationen beurteilen, ohne Tiere abschießen, fangen oder immobilisieren zu müssen.“
Das Sammeln von DNA aus Elefantenmist sei nicht neu, sagte Roca.
„Kotproben von Elefanten werden seit Jahrzehnten verwendet, um die Genetik von Elefanten zu untersuchen“, sagte er. „Aber dies beruht auf sehr umständlichen Methoden, die oft Chemikalien beinhalten, die in einigen Fällen gefährlich sein können. Die Sammlungen sind sperrig, sie sind schwer zu versenden und sie müssen gekühlt werden, was den gesamten Prozess sehr kostspielig macht.“
De Flamingh testete eine relativ kostengünstige Alternative: die Verwendung von Datenerfassungskarten in Postkartengröße, die behandelt wurden, um eine Verschlechterung der Proben zu verhindern. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass einmal auf die Karten geschmierte Proben monatelang ohne Kühlung gelagert werden können.
Die Inspiration für die Studie kam von de Flaminghs Arbeit mit Ripan Malhi, Professor für Anthropologie an der U. of I. und Co-Autor der Studie, dessen Labor sich auf alte DNA konzentriert.
„Alte DNA kann problematisch sein, da Proben abgebaut werden und sehr geringe Mengen an Zielspezies-DNA ergeben können“, sagte de Flamingh. Die Gewinnung genomischer Daten aus Dung kann ähnlich schwierig sein, da die Elefanten-DNA-Konzentrationen niedriger sind als aus Blutproben. „Ich dachte, das klingt nach einer ausgezeichneten Gelegenheit, um zu testen, ob die gleichen Methoden auf nichtinvasive Proben angewendet werden können, um die gleiche Art von Daten zu generieren.“
Das Team sammelte zunächst Proben von Zooelefanten in Experimenten, um zu bestimmen, wie lange nach dem Stuhlgang der Mist brauchbare genomische Daten liefern würde. Der Jacksonville Zoo and Gardens in Florida und die Dallas Zoological Gardens erlaubten dem Team, Proben von ihren afrikanischen Savannenelefanten zu sammeln. Die Forscher entnahmen die Proben unmittelbar nach dem Stuhlgang sowie 24, 48 und 72 Stunden später.
Ihre Tests ergaben, dass selbst drei Tage alter Mist genügend DNA für Genomstudien der Elefanten lieferte.
Als nächstes testeten die Forscher ihren Ansatz an Proben, die von wilden afrikanischen Savannenelefanten gesammelt wurden. Der Studienmitarbeiter und Co-Autor Rudi van Aarde, emeritierter Professor für Zoologie und Entomologie an der Universität von Pretoria, Südafrika, und seine Kollegen verwendeten die Karten, um Elefantenkotproben zu sammeln, nachdem sie eine geografisch und ökologisch vielfältige Reihe wilder Gebiete im Süden identifiziert hatten Afrika.
Indem die von den Karten erhaltenen Sequenzdaten durch genomische Datenbanken geleitet wurden, fand das Team eine Fundgrube an Informationen im Dung.
„Ich war überrascht“, sagte Roca. „Ich dachte, wir könnten etwas Elefanten-DNA aus den Karten bekommen, aber ich dachte in der Größenordnung von 2 %. Im Durchschnitt wurden jedoch mehr als 12 % der DNA dem Elefanten zugeschrieben.“
Dies wurde erreicht, ohne Labormethoden einzusetzen, die nur auf Elefanten-DNA abzielen, ein kostspieliges und zeitaufwändiges Verfahren, sagten die Forscher. Als Ergebnis lieferte jede Probe eine riesige Menge an Daten über den Elefanten, die mikrobielle Zusammensetzung seines Darms, seinen Lebensraum und seine Ernährung. Die Forscher entdeckten sogar die DNA von Schmetterlingen und anderen Arthropoden, die nach der Ablagerung mit dem Mist interagieren.
„Es ist wirklich vorteilhaft, sich ein Bild von allem zu machen, was da drin ist, denn jetzt können Sie anfangen, Fragen zu stellen, nicht nur über Elefantengenome, sondern auch über Dinge wie ihre Gesundheit, ihre Ernährung und ob Krankheitserreger oder Parasiten vorhanden sind“, sagte de Flamingh.
Wenn es um die Elefantengenome geht, sind die Ergebnisse mit denen vergleichbar, die durch Blutproben erhalten wurden, sagte Roca.
„Sie können die Konnektivität verschiedener Elefantenpopulationen, das Ausmaß der genetischen Vielfalt, das Ausmaß der Inzucht und die Verwandtschaft zwischen Elefanten untersuchen“, sagte er. „Und ich würde sagen, es gibt viele Gründe, warum Sie keine Blutproben von wilden Elefanten sammeln müssen.“
„Es ist möglich, mit Blut zu tun, was man tun könnte, aber es geht darüber hinaus“, sagte de Flamingh. „Mit Blut-DNA, die nur Informationen über das Genom des Elefanten liefert, kann man jetzt Analysen durchführen, die man vorher nicht machen konnte.“
De Flamingh ist Postdoktorand und Malhi und Roca sind Professoren am Carl R. Woese Institute for Genomic Biology an der University of Illinois.
Mehr Informationen:
Die Kombination von Methoden für nicht-invasive fäkale DNA ermöglicht Gesamtgenom- und Metagenomanalysen in der Wildtierbiologie, Grenzen in der Genetik (2023). DOI: 10.3389/fgene.2022.1021004