eDNAは、試料中の特定のDNA断片を監視できる技術です。
当初、この技術は絶滅危惧種を監視するために用いられ、カメラや人の目を使わずにその存在を確認していました。
現在では、この技術はCOVID-19の検査や、ウイルスの拡散防止にも役立てられています。
絶滅したと考えられていた動物種が、今も生息していたと分かることを想像してみてください。そのようなケースが、ブラジルのカエルの一種 Megaelosia bocainensisは、1968年に完全に姿が確認されなくなったことから、科学者たちは絶滅したとみなしていました。しかし、新しい遺伝子検出技術によって、2020年に再発見されました。
こうした発見は、動物が環境中に放出する微量のDNAを回収・解読する新しい手法によって、今では可能になっています。これは環境DNA、すなわちeDNAと呼ばれ、次の事実を利用しています：すべての動物は、その生息環境にDNAを放出しており、皮膚、毛、うろこ、糞便、体液などを通じて、世界を移動する過程でそれが起こります。
野生生物 の 生物学者としてフロリダ大学のホイットニー海洋生物学研究所・ウミガメ病院、私たちはeDNAを用いてウイルスを追跡しており、そのウイルスは線維乳頭腫症と呼ばれるウミガメのパンデミックの原因となり、この病気は衰弱させる腫瘍を引き起こします。また、野生のウミガメを検出するためにもeDNAを用いています。
2020年には、人間の健康を研究する研究者たちが、COVID-19のパンデミックを追跡するためにeDNA技術を転用し始めました。これは、野生生物保全という一分野の研究が、人間の疾病対策という別の分野にも応用できることを示す好例です。今後、eDNAは人と動物の両方の健康を監視するための不可欠なツールとなると、私たちは考えています。
土壌微生物からウミガメまで
1980年代、科学者たちは土壌試料中の微生物DNAの探索を始め。その後の20年間で、この技術は空気や水の試料にも応用されるようになり、科学者たちはeDNAを用いて より大型の動物 や植物を検出するようになりました。
eDNA技術の背後にある科学は複雑ですが、試料の採取と検査の実際のプロセスは比較的単純です。試料は非常に細かい紙でろ過され、そこで遊離した細胞やDNAの断片が捕捉されます。存在するDNAを読み取る技術は、組織や血液の試料に用いられるものと同じで、通常は 定量的ポリメラーゼ連鎖反応 または 全ゲノムシーケンシング。科学者は、あらゆる生物に存在するすべてのDNAを読み取るか、あるいは対象となる種のDNAだけを狙うことができます。
科学者は現在、eDNAを日常的に用いて絶滅危惧種と外来種を検出しています。動物を目で見たりレンズを向けたりすることなく、その存在を確認できることは驚くべき前進であり、脆弱な種を監視・保護するために必要な時間、資源、人的労力を減らしています。
しかし、絶滅危惧種を真に保護するには、動物だけでなく、その生存を脅かす病原体も監視する必要があります。環境DNAは、寄生虫、菌類、そして野生生物に病気を引き起こすウイルス。
COVID-19の追跡
科学者たちは当初、人間の病原体検出にeDNAを適用していました（10年以上前のこと）が、現在のCOVID-19によるパンデミックが始まるまで、eDNAの転用が大規模に広がることはなく、この技術は非常に短期間で驚異的な進歩を遂げることができました。
コロナウイルスのゲノムはDNAではなく、その近縁の分子であるRNAで構成されています。そのため研究者たちは、eDNAの変種であるeRNAを急速に最適化し、空気中やヒトの排水中のコロナウイルスRNAを検出しています。
例えば、フロリダ大学ヘルス・シャンズ病院では、研究者らが2人のCOVID-19患者の病室から空気の試料を採取しました。eRNAを用いて、彼らはウイルスの分離と塩基配列の解読に成功しました。空気が主要な感染経路であることを確認したことは、公衆衛生ガイドラインに直接影響を与えました。
科学者が、eRNAを保管された排水試料に適用すると、SARS-CoV-2が出現した本当の時期を検出できます。スペイン・バレンシアの排水中のSARS-CoV-2濃度は2020年3月9日にピークを迎えましたが、臨床症例数がピークに達したのは、感染から重篤な臨床症状が現れるまでに時間的なずれがあったため、2020年4月初めでした。
このような予測的なモニタリングは、医療システムに深刻な影響を与え、COVID-19だけでなく、人間集団を脅かす将来のあらゆる感染症の発生に備える時間を確保できます。
疾病の交差点
人間の病気と動物の病気は、ともに研究されることが不可欠です。新興の人間の病原体の60%は動物に由来する、そのうち多く（42%）は、エボラ、ジカ、西ナイル、マールブルグウイルスなど、野生生物の個体群に由来します。一方、人間が動物に病原体を感染させることもあります。
SARS-CoV-2はすでにサンディエゴの動物園の類人猿、ニューヨークの動物園の大型ネコ科動物、そしてヨーロッパの農場のミンク――そのうち後者は、人々にとって新たな脅威となりうる新たな変異株を生み出しました。
医療従事者、獣医師、科学者は、人間、動物、環境の健康のこうした融合をワンヘルスまたはエコヘルスと呼んでいます。人間と野生生物の病気を一緒に研究・治療することは、両者の共通点を認識し、しばしば画期的な発見をもたらします。
eDNAがあれば、病原体は発生源にかかわらず、環境中で監視できます。統合されたeDNAモニタリングプログラムは、人間、家畜、野生生物の病気に関する早期警告を、費用対効果の高い方法で提供できる可能性があります。
