本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：糖兽，原文标题：《水、空气和沙子……到处都有你的DNA》，题图来自：视觉中国


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。


脱落在环境中的DNA


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（也称绿蠵龟），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。


研究人员猜测，用于研究海龟的沙子和水样中，可能也含有许多其他物种的DNA，比如人类DNA。但他们不确定，从这样的环境中提取到的人类DNA能提供多少信息。


水、沙子、空气


为了弄清楚这个问题，研究人员从佛罗里达（亚热带气候）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。


研究人员从沙滩上的脚印中提取了可识别的遗传信息。（图/David Duffy， CC BY-ND）


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。


研究人员能够从佛罗里达州的一条河流水样中收集到完整的人类eDNA。（图/Todd Osborne， CC BY-ND）


当他们在爱尔兰（温带气候）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。随着河流流经城镇中心，河流中的eDNA含量水平也随之上升。


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。


人类eDNA可以从多种来源收集和分析。（图/Liam Whitmore/Created with BioRender.com）


从eDNA到个人信息


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。


具体来说，从这些小段的遗传物质中，研究人员发现了与自闭症、糖尿病、眼疾和心脏病有关的突变，还在一个人的eDNA中发现了与一种能导致神经损伤甚至死亡的疾病有关的突变。


对于一些样本，研究人员甚至能将遗传信息与个人相匹配，换句话说从这些eDNA中，研究人员可以提取到可识别的个人信息。这显然会引发无数的伦理争议。


伦理困境


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。


与血液或皮肤取样不同，收集eDNA不会给动物带来压力。这种非入侵性的采样方式可以帮助考古学家追踪未被发现的古代人类居住地，使生物学家监测特定人群的癌症突变，为执法机构提供有用的法医信息。


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。


什么人或机构有权访问这些人类DNA序列？这些信息应该公开吗？在采集人类eDNA样本之前，是否需要征得同意？如果是，那么要征得谁的同意？研究人员是否应该从收集到的原始样本中删除人类遗传信息，只研究其他物种？……思考这些问题将有助于确保每个人都意识到eDNA所蕴含的能力，进而更好地制定合适的协议和法规。


参考来源

https://theconversation.com/you-shed-dna-everywhere-you-go-trace-samples-in-the-water-sand-and-air-are-enough-to-identify-who-you-are-raising-ethical-questions-about-privacy-205557

https://www.laboratoryequipment.com/596962-Study-Shows-Human-DNA-is-Everywhere-Is-that-Okay/

https://www.smithsonianmag.com/smart-news/scientists-can-now-pull-human-dna-from-the-air-and-water-raising-privacy-questions-180982192/


本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：糖兽