所有的生物,包括动物、植物和微生物,都在不断地脱落DNA。这些由生物释放到环境中的DNA被称为环境DNA,或eDNA。对许多科学研究领域来说,eDNA技术的发展无疑是有益的,比如它为追踪稀有动物和濒危物种,以及研究致病病原体提供一种非入侵性的方法。人类也会释放DNA到周围环境中,只是人类eDNA的应用尚未得到充分利用和重视。
现在,一项新发表于《自然生态与进化》的研究表明,除了在那些最偏远的地方之外,人类生命的迹象随处可见。从环境中少量的水、沙子和空气中,就可以对人类DNA进行测序,并有可能提取到如遗传谱系、性别和健康风险等可识别的信息。这也使得科学家开始担心,这种从稀薄的空气、少量的水样中就能收集人类种群和个人信息的能力,可能对隐私构成新的威胁。
在新的研究中,研究人员最初是想用eDNA技术来追踪一种濒临灭绝的海龟——绿海龟,以及它们易感的病毒肿瘤。绿海龟在刚孵化后不久,会沿着海滩爬向大海,沿途脱落DNA。从沿着它们的足迹挖取的沙子中,研究人员可以获得足够多的eDNA,这些DNA可以为了解绿海龟、龟类疱疹病毒和折磨它们的纤维乳头状瘤带来有价值的信息。
除了沙子之外,研究人员从一只正在康复的海龟所处的水箱中采集了一些水样,同样得到了丰富的遗传信息。
为了弄清楚这个问题,研究人员从佛罗里达的很多地方采集了样本,这包括来自城市和乡村的河流和海洋的水样,以及来自孤立的沙滩和鲜有人踏足的偏远岛屿的沙子。结果发现,从人类在海滩的沙子上留下的足迹中,很容易就提取到人类的eDNA。除了偏远的岛屿,他们在所有这些地点的样本中都发现了人类eDNA。
当他们在爱尔兰测试这项技术时,追踪了一条从偏远山顶蜿蜒而下,流经许多小村庄,进入位于有着1.3万居民的城镇的大海的河流。结果发现,除了在远离人类居住地的河流源头,也就是偏远的山区部分,他们在其他所有地方都发现了人类的eDNA。
最后,研究人员还从佛罗里达的一家无菌野生动物医院的空气样本中,提取到了人类DNA。从样本中,他们恢复了与在采集时样本时存在于那间房间里的人、患病的动物和常见的动物病毒相匹配的DNA。而且令他们惊讶的是,这些在环境中发现的人类eDNA的完好程度,都具有足以进行分析和测序的高品质,可用于识别与疾病相关的突变,并确定生活在这些区域的人的遗传起源。
近年来,用于解码DNA的基因测序技术得到了迅速发展。可以轻易地对来自环境样本中的各种生物的eDNA进行测序,对保育学、流行病学、法医学和农业等不同领域的研究都有正面意义。但是,检测人类eDNA可能对个人信息安全构成威胁。因此,研究人员呼吁,为了适当地使用eDNA技术和道德地处理这些信息,决策者、科学界和其他利益相关者需要谨慎对待人类eDNA的收集,并对如何在伦理上处理人类eDNA进行更深入的讨论。