Un article de recherche intitulé « Aircraft Surveys for Air eDNA: Probing Biodiversity in the Sky » dévoile une approche révolutionnaire pour étudier le matériel génétique dans l’atmosphère. Les scientifiques ont développé une sonde durable et stérilisable et un système de support pour capturer les acides nucléiques environnementaux de l’air (eDNA) avec une filtration à plein débit et une chambre à haute intégrité.
À l’aide de cette sonde innovante, l’équipe de recherche a cartographié par voie aérienne l’ADN environnemental en utilisant un modèle de vol standardisé et évolutif à l’aide d’avions légers. L’objectif de l’étude était de collecter des bioaérosols, qui sont des matières biologiques aérosolisées, à partir d’une gamme d’organismes à différentes altitudes au-dessus des principales sources d’émissions, et de les séquencer pour les identifier.
Ce travail a commencé par une idée à explorer, raconte le Dr Kimberly Metris, membre du corps professoral de l’Université Clemson et chercheur principal. « Je suis un écologiste moléculaire qui travaille sur diverses espèces sauvages, des bactéries au chevesne bleu en passant par le buffle d’Afrique. Je pilote aussi des avions, et un été alors que je pilotais des parachutistes, j’ai eu beaucoup de temps pour réfléchir en grimpant pour sauter en altitude. . »
« Météorologiquement parlant, les conditions étaient excellentes – visibilité de 10 milles terrestres, vents plutôt calmes, une journée plutôt agréable au bureau – mais c’était pendant une tempête de poussière saharienne et il y avait des particules visibles à l’extérieur, partout. Une sensation étrange, mais ça fait tourner les roues. »
Qu’y a-t-il précisément dans l’air que nous ne pouvons pas voir, biologiquement parlant ? C’est ce qu’elle et son co-auteur ont entrepris d’explorer. « Et maintenant, nous repoussons les limites de ce que nous pensions savoir sur le ciel. Le ciel n’est pas une limite, c’est un trésor. »
Les conclusions de l’étude sont extraordinaires. Grâce à l’utilisation de leur sonde d’échantillonnage et du séquençage métagénomique à haut débit, les chercheurs ont découvert la présence généralisée d’ADNe procaryote et eucaryote dans l’atmosphère, atteignant des milliers de mètres dans la couche limite planétaire dans le sud-est des États-Unis. Notamment, l’étude a détecté de l’ADNe de poulet, de vache et d’humain à toutes les altitudes de vol, y compris à 8 500 pieds au-dessus du sol.
Les chercheurs ont identifié divers allergènes végétaux courants provenant d’herbes, de mauvaises herbes et d’arbres, ainsi que d’espèces qui ne sont généralement pas signalées dans l’air, comme l’ail, révélant un large éventail de matériel génétique en suspension dans l’air.
Ils ont également découvert des bactéries pathogènes et des bactéries jusque-là inconnues dans l’atmosphère, mais trouvées dans d’autres environnements extrêmes tels que les sédiments des grands fonds marins.
La sonde d’échantillonnage stérilisable et réutilisable utilisée dans l’étude s’est avérée fiable, limitant la perte d’échantillon et la contamination tout en filtrant le matériel génétique directement de l’air. Ce travail révolutionnaire permet la cartographie du matériel génétique de potentiellement toutes les espèces à l’aide d’avions ou d’autres méthodes de vol ou stationnaires et relie les profils aérobiomes aux processus au niveau du sol, fournissant des informations précieuses sur la présence et la diversité du matériel génétique trouvé dans l’air que nous respirons.
Les implications de cette recherche sont considérables, avec des applications dans la biodiversité, l’écologie de la faune, la biodéfense et la surveillance des agents pathogènes et des allergènes. Le séquençage d’amplicon à haut débit de l’ADN de bactéries, de vertébrés et de plantes de l’étude démontre que les bioaérosols peuvent provenir de processus naturels, tels que la pollinisation induite par le vent dans les champs et les forêts, et d’activités à médiation humaine, à savoir l’agriculture de production, le traitement des eaux usées et pratiques de l’industrie, y compris la décontamination des déchets hospitaliers.
Les profils d’ADN aéroportés détectés dans l’atmosphère reflètent les émissions de surface, les allergènes et les potentiels noyaux de condensation de glace et de nuages. On pense que l’efficacité de l’aérosolisation influence les profils d’ADN de l’air détectés en altitude, ce qui suggère l’incorporation d’indices de caractéristiques de portance et de masse d’air pour normaliser les enquêtes eDNA de l’air. De plus, les chercheurs recommandent des rapports standardisés sur les débits empiriques en temps réel, les volumes d’air totaux et les types d’échantillonneurs utilisés, car ils ont des exigences de débit d’air de fonctionnement extrêmement différentes.
Le matériel biologique sous forme d’ADNe/ARN peut être soulevé, transporté et déposé ailleurs par mélange atmosphérique, levage et flottabilité, entraînant potentiellement des conséquences biologiques telles que le flux de gènes et les processus d’hybridation.
L’atmosphère est puissante et essentielle à la vie – La découverte d’ADNe dérivé de vertébrés aéroportés flottant à des milliers de mètres de son origine à la surface de la Terre suggère que l’atmosphère contient des matériaux biodiversifiés et a des implications pour la biosurveillance et la surveillance des maladies. Les scientifiques peuvent avoir un aperçu de la présence, de l’abondance et de la répartition des espèces dans une zone, fournissant des preuves précieuses pour identifier les individus ou suivre leurs mouvements, ou surveiller l’agriculture de production depuis l’atmosphère.
Cette étude ouvre la voie à une meilleure compréhension du matériel génétique aéroporté et de ses implications pour divers domaines d’étude. En dévoilant les secrets du ciel, les scientifiques acquièrent de nouvelles connaissances sur notre environnement, l’air que nous respirons et les liens complexes entre la biodiversité sur Terre.
Plus d’information:
Kimberly L. Métris et al, Aircraft Surveys for air eDNA : sonder la biodiversité dans le ciel, PeerJ (2023). DOI : 10.7717/peerj.15171