Menschliche DNA kann aus kleinen Mengen Wasser, Sand und Luft in der Umwelt sequenziert werden möglicherweise identifizierbare Informationen extrahieren wie genetische Abstammung, Geschlecht und Gesundheitsrisiken, so unsere neue Forschung.
Jede Zelle des Körpers enthält DNA. Da jede Person über einen einzigartigen genetischen Code verfügt, kann DNA zur Identifizierung einzelner Personen verwendet werden. Normalerweise gewinnen Ärzte und Forscher menschliche DNA durch direkte Probenentnahme, beispielsweise durch Blutuntersuchungen, Abstriche oder Biopsien. Allerdings sind alle Lebewesen, einschließlich Tiere, Pflanzen und Mikroben, verlieren ständig DNA. Das Wasser, der Boden und sogar die Luft enthalten mikroskopisch kleine Partikel biologischen Materials lebender Organismen.
Als DNA bezeichnet man die DNA, die ein Organismus in die Umwelt abgegeben hat Umwelt-DNA oder eDNA. In den letzten Jahrzehnten konnten Wissenschaftler eDNA aus Boden- oder Wasserproben sammeln und sequenzieren, um die Artenvielfalt, Wildtierpopulationen und krankheitsverursachende Krankheitserreger zu überwachen. Auf der Suche nach seltenen oder schwer fassbaren gefährdeten Arten durch ihre eDNA war ein Segen für Forscher, da herkömmliche Überwachungsmethoden wie Beobachtung oder Fang schwierig, oft erfolglos und für die Art, die sie interessiert, schädlich sein können.
Forscher, die eDNA-Tools verwenden, konzentrieren sich normalerweise nur auf die Arten, die sie untersuchen, und ignorieren DNA anderer Arten. Allerdings scheidet der Mensch auch DNA aus, hustet und spült sie in seine Umgebung. Und als unser Team von Genetikern Ökologen Und Meeresbiologen im Duffy Lab an der University of Florida gefunden, Überall sind Zeichen menschlichen Lebens zu finden aber an den abgelegensten Orten.
Die Autoren und ihre Kollegen nutzen Umwelt-DNA, um Meeresschildkröten zu untersuchen.
Tiere, Menschen und Viren in eDNA
Unser Team nutzt für die Untersuchung Umwelt-DNA gefährdete Meeresschildkröten und die Virustumore für die sie anfällig sind. Winzige junge Meeresschildkröten geben DNA ab, während sie kurz nach ihrer Geburt auf dem Weg zum Meer am Strand entlang kriechen. Sand quoll von ihren Spuren enthält genügend DNA, um wertvolle Erkenntnisse über die Schildkröten und die sie befallenen Chelonid-Herpesviren und Fibropapillomatose-Tumoren zu liefern. Einen Liter davon schöpfen Wasser aus dem Tank Die Untersuchung einer sich erholenden Meeresschildkröte unter tierärztlicher Betreuung liefert ebenfalls eine Fülle genetischer Informationen für die Forschung. Im Gegensatz zur Blut- oder Hautentnahme verursacht die Entnahme von eDNA keinen Stress für das Tier.
Die genetische Sequenzierungstechnologie zur Entschlüsselung von DNA hat sich in den letzten Jahren rasant verbessert, und es ist nun möglich, die DNA jedes Organismus in einer Probe aus der Umwelt einfach zu sequenzieren. Unser Team vermutete, dass die Sand- und Wasserproben, die wir zur Untersuchung von Meeresschildkröten verwendeten, auch DNA von einer Reihe anderer Arten enthalten würden – darunter natürlich auch Menschen. Was wir nicht wussten war einfach wie informativ Die menschliche DNA, die wir extrahieren könnten, wäre.
Um dies herauszufinden, haben wir Proben an verschiedenen Orten in Florida genommen, darunter am Meer und an Flüssen in städtischen und ländlichen Gebieten, am Sand von einsamen Stränden und an einer abgelegenen Insel, die normalerweise nie von Menschen besucht wird. Wir haben an all diesen Orten menschliche DNA gefunden, mit Ausnahme der abgelegenen Insel, und diese Proben waren qualitativ hochwertig genug für die Analyse und Sequenzierung.
Wir haben die Technik auch in Irland getestet und dabei einen Fluss verfolgt, der sich von einem abgelegenen Berggipfel durch kleine ländliche Dörfer bis ins Meer bei einer größeren Stadt mit 13.000 Einwohnern windet. Wir haben überall menschliche DNA gefunden, außer in dem abgelegenen Gebirgszufluss, wo der Fluss entspringt, weit weg von menschlicher Besiedlung.
Wir haben auch Luftproben aus einem Raum unserer Tierklinik für Wildtiere in Florida gesammelt. Die im Raum anwesenden Personen erteilten uns die Erlaubnis, Proben aus der Luft zu entnehmen. Wir haben DNA gefunden, die zu den Menschen, dem Tierpatienten und den zum Zeitpunkt der Entnahme vorhandenen häufigen Tierviren passt.
Überraschenderweise war die in der lokalen Umgebung gefundene menschliche eDNA intakt genug, um mit Krankheiten verbundene Mutationen zu identifizieren und die genetische Abstammung der in der Region lebenden Menschen zu bestimmen. Die Sequenzierung der DNA, die Freiwillige in ihren Fußabdrücken im Sand hinterlassen hatten, ergab sogar einen Teil ihrer Geschlechtschromosomen.
Ethische Implikationen der Sammlung menschlicher eDNA
Unser Team bezeichnet die unbeabsichtigte Entnahme menschlicher DNA aus Umweltproben „menschlicher genetischer Beifang.“ Wir fordern eine tiefere Diskussion über den ethischen Umgang mit menschlicher Umwelt-DNA.
Menschliche eDNA könnte der Forschung in so unterschiedlichen Bereichen wie Naturschutz, Epidemiologie, Forensik und Landwirtschaft erhebliche Fortschritte bringen. Bei richtiger Handhabung könnte menschliche eDNA Archäologen und Biologen dabei helfen, unentdeckte antike menschliche Siedlungen aufzuspüren Überwachung von Krebsmutationen in einer bestimmten Population oder Strafverfolgungsbehörden bereitstellen nützliche forensische Informationen.
Allerdings gibt es auch unzählige ethische Implikationen im Zusammenhang mit der unbeabsichtigten oder absichtlichen Sammlung und Analyse menschlicher genetischer Beifänge. Aus eDNA können identifizierbare Informationen extrahiert werden, und der Zugriff auf diese Detailebene über Einzelpersonen oder Bevölkerungsgruppen ist mit der Verantwortung hinsichtlich Einwilligung und Vertraulichkeit verbunden.
Während wir unsere Studie mit Zustimmung unserer durchgeführt haben institutionelles Prüfungsgremiumdas sicherstellt, dass Studien an Menschen ethischen Forschungsrichtlinien entsprechen, gibt es keine Garantie dafür, dass jeder diese Art von Informationen ethisch behandelt.
Es stellen sich viele Fragen zur menschlichen Umwelt-DNA. Wer sollte beispielsweise Zugang zu menschlichen eDNA-Sequenzen haben? Sollten diese Informationen öffentlich zugänglich gemacht werden? Sollte vor der Entnahme menschlicher eDNA-Proben eine Einwilligung erforderlich sein, und von wem? Sollten Forscher menschliche genetische Informationen aus Proben entfernen, die ursprünglich zur Identifizierung anderer Arten gesammelt wurden?
Wir glauben, dass es von entscheidender Bedeutung ist, Vorschriften einzuführen, die sicherstellen, dass die Erhebung, Analyse und Speicherung von Daten ethisch und angemessen erfolgt. Politische Entscheidungsträger, wissenschaftliche Gemeinschaften und andere Interessengruppen müssen die Sammlung menschlicher eDNA ernst nehmen und Einwilligung und Datenschutz gegen die möglichen Vorteile der Untersuchung von eDNA abwägen. Das Stellen dieser Fragen kann dazu beitragen, sicherzustellen, dass sich jeder über die Möglichkeiten von eDNA im Klaren ist, und mehr Zeit für die Entwicklung von Protokollen und Vorschriften gewinnen, um den angemessenen Einsatz von eDNA-Techniken und den ethischen Umgang mit menschlichem genetischem Beifang sicherzustellen.
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