드론은 최첨단 생물다양성 연구에서 DNA를 포착합니다.

[이매진]

드론은 최첨단 생물다양성 연구에서 DNA를 포착합니다. 

https://www.swissinfo.ch/eng/drones-capture-dna-in-cutting-edge-biodiversity-research-/48663208

드론은 최첨단 생물다양성 연구에서 DNA를 포착합니다.

 드론은 접근하기 어려운 곳에서 유전 물질을 수집하는 것을 가능하게 합니다. Imagebroker.com Gmbh & Co. Kg / Alamy

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엑스

취리히의 연구원들은 지구의 생물 다양성에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있는 로봇 공학과 유전학을 결합한 기술로 환경 DNA(eDNA)를 수집하기 위해 드론을 사용하고 있습니다.

이 콘텐츠는 2023년 7월 17일에 게시되었습니다.2023년 7월 17일7 minutes

제노 조카텔리 미셸 안디나

Zeno Zoccatelli(텍스트) , Michele Andina(동영상)

기타 언어: 9

취리히 동물원의 붉은여우원숭이는 사람들이 내는 소음에 익숙하지만 그렇게 이른 아침에는 그렇지 않습니다. 그들이 집이라고 부르는 온실은 앞으로 2시간 동안 방문객들에게 개방되지 않을 것입니다. 다소 어리둥절한 표정으로 그들은 파빌리온 중앙의 나무 위 산책로에서 사람들을 관찰합니다.  

전자 장치와 도르래 주위에서 작업하는 이 그룹은 열대 동식물을 관찰하기 위해 여기에 있는 것이 아니라 로봇 공학과 유전 기술을 결합하여 환경에서 DNA를 수집하기 위해 여기에 있습니다.

나중에 동물원 밖에서 복제될 시도입니다.

연방 기술 연구소 ETH의 유전학 교수인 Kristy Deiner는 "생물 다양성은 우리가 통제할 수 없는 매우 빠른 속도로 사라지고 있습니다. 부분적으로는 필요한 시점에 도구와 데이터가 없기 때문입니다."라고 설명합니다. 취리히.

그녀의 팀이 테스트하고 있는 기술은 다양성에 대한 데이터 수집을 가속화하도록 설계되었다고 Deiner는 우리가 플랫폼에서 벗어나 무성한 초목으로 들어갈 때 말합니다. 앞서 한 그룹의 학생이 휴대용 랩을 설치하고 있습니다. 몇 미터 떨어진 곳에서 펌프가 연못에서 물을 빨아들입니다. 

 eDNA 연구를 통해 '세계 탐험의 새로운 단계가 시작되었습니다'라고 Kristy Deiner는 말합니다. swissinfo.ch

미니랩은 물, 공기, 토양, 나뭇가지, 이 글을 읽고 있는 기기의 화면에 있는 모든 생물종이 방출하는 유전 물질인 환경 DNA(eDNA)의 시퀀싱을 가능하게 합니다. eDNA 분석은 빠르게 떠오르는 연구 방법으로 불과 몇 년 전만 해도 상상할 수 없었던 가능성을 열었습니다. 과거에는 생물학자들이 주어진 장소에 존재하는 종의 목록을 작성하기 위해 현장으로 가야 했습니다.

이제 정글에서 며칠 동안 진을 치고 있는 생물학자 군대에서보다 물이 담긴 시험관이나 나뭇가지에 솔질된 접착제 조각에서 더 많은 정보를 추출할 수 있습니다.

전염병의 새로운 솔루션

지난 10년 동안 Deiner는 eDNA 분석을 위한 방법과 도구를 보다 효율적으로 만들기 위해 노력해 왔습니다. 취리히 동물원 연못 옆에 설치된 미니 랩이 그 결과물입니다. 그것은 그것이 수집된 지역에서 직접 몇 시간 내에 유전 물질의 시퀀싱을 허용합니다. 샘플을 다른 곳으로 보낼 필요가 없으므로 조사 중인 지역에 존재하지 않는 유전 물질로 인한 오염 위험이 줄어듭니다.

이러한 기술의 개발은 바이러스 탐지를 위한 실험실이 도처에 등장하면서 Covid-19 대유행으로 인해 가속화되었다고 Deiner는 말합니다.

"지난 4년 동안 에너지와 같은 자원이 제한된 곳에서 테스트를 수행하는 방법에 대해 많은 혁신이 있었습니다."라고 그녀는 설명합니다.

그러나 샘플을 수집하는 방법에 대한 문제가 남아 있습니다. 거기에 로봇이 등장합니다.

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픽처 인 픽처전체 화면Open Extracting DNA traces of biodiversity in water, air and soil in Play SWI

드론과 프로브는 eDNA를 캡처합니다.

유전학과 로봇공학 분야는 거의 겹치지 않습니다. 그러나 ETH Zurich 로봇 공학 교수 Stefano Mintchev가 XPRIZE 가 운영하는 대회에 대해 알게 되었을 때외부 링크생물다양성 연구의 기술 혁신을 촉진하는 미국 비영리 조직인 , 그는 동료인 Kristy Deiner에게 즉시 연락했습니다. 2년 전, 그들은 ETH BiodivX를 결성했습니다.외부 링크팀을 구성하고 가능한 한 짧은 시간에 많은 종을 탐지하고 식별하는 것을 목표로 하는 대회에 등록했습니다.

Deiner는 eDNA를 분석하는 방법을 알고 있었고 Mintchev는 현장에서 샘플을 수집하는 전문 지식을 가지고 있었습니다. 연구팀은 대회에 대비해 공기 중에서 eDNA를 걸러내는 장치를 드론에 장착해 드론을 개조했다. 그들은 또한 물 펌프나 특수 프로브를 부착할 수 있는 도르래를 고안했습니다.

탐사선은 나무와 덤불 사이에 내려져 나뭇잎과 가지에 축적된 유전 물질을 집어들고 드론이 미니 연구소로 다시 가져올 것입니다.

아이디어는 간단하지만 구현은 그렇지 않았습니다. Mintchev는 "프로브 설계와 프로브를 이동시키는 제어 알고리즘에 대해 많은 최적화 작업을 수행해야 엉키는 위험을 줄일 수 있었습니다."라고 설명합니다. 케이블의 장력을 측정하는 센서는 케이블을 풀기 위한 움직임을 트리거할 수 있으며, 실패할 경우 메커니즘이 케이블을 드론에서 분리할 수 있습니다. 

이 모든 작업은 6월 초 싱가포르의 대략 골프 코스 두 개 크기의 열대우림 지역에서 열리는 대회 준결승전을 준비하기 위해 수행되어야 했습니다. 이 단계를 통과하면(7월 말 결과 예상) 2024년 남미나 아프리카 열대우림에서 열리는 결승전에 진출한다. 총 1,000만 달러(CHF870만)의 상금이 걸려 있으며 우승팀에게는 500만 달러가 주어집니다.

준비를 위해 ETH Zurich 팀은 특별히 제작된 장비를 열대 초목에서 테스트해야 했습니다. 다행히도 스위스에는 열대우림이 있습니다. 바로 취리히 동물원의 마소알라 홀입니다. 광대한 온실에는 붉은여우원숭이 외에도 약 40종의 동물과 500종의 식물이 살고 있습니다.

"연구는 현대 동물원의 업무 중 하나입니다." 취리히 동물원의 연구 관리자인 Leyla Davis는 말합니다. "이 중 일부는 폴리테크닉 기관 및 대학과의 협력으로 구성됩니다." 그녀는 Masoala Hall에 있는 모든 단일 척추동물 종의 목록이 작성되어 ETH 취리히 연구팀이 수집된 DNA가 홀에 있는 종의 것과 일치하는지 여부를 거의 실시간으로 확인할 수 있었다고 덧붙였습니다.

 붉은여우원숭이는 Masoala Hall에서 가장 시끄러운 거주자 중 하나입니다. 안소니 판디아니 / Alamy

아직 설명되지 않은 수백만 종

XPRIZE Rainforest 대회에서의 성공 여부와 관계없이 ETH 취리히 팀이 개발 중인 연구 방법과 도구는 많은 분야에서 유용할 수 있습니다. 예를 들어, 농업에서는 유해한 해충의 존재를 신속하게 감지할 수 있습니다.

eDNA 연구를 전문으로 하는 토론토 요크 대학의 생물학자 엘리자베스 클레어(Elizabeth Clare)는 "드론은 너무 밀집되어 있거나 너무 멀거나 너무 위험한 지역에 접근할 수 있게 해준다"고 말했다. "또한 유전 물질이 공중에서 어떻게 움직이고 층화되는지 이해하는 데 매우 유용할 것입니다." 그러나 그녀는 "드론을 작동하려면 여전히 매우 구체적인 기술이 필요하기 때문에" 대규모로 사용할 수 있도록 이러한 기술을 자동화하는 것이 가장 큰 과제라고 말합니다.

ETH 취리히 팀은 잠재적인 발견의 스릴에 들떠 있습니다. 자연 환경에서 생물학자들은 종종 아직 데이터베이스에 기록되지 않아 알려진 종과 일치할 수 없는 유전 물질을 찾습니다. 그들이 eDNA를 분석하고 그것이 한 번 이상 또는 다른 장소에서 발생한다는 것을 발견하면, 그들은 이러한 서열 중 많은 부분이 아직 과학에 알려지지 않은 종에 속할 수 있다고 가정할 수 있습니다.

과학자들은 지구상에 800만 종이 넘는 종(이 중 약 4분의 1이 목록화됨)이 있다고 추정하지만 이것은 단지 외삽일 뿐입니다.외부 링크과학이 과거에 그것들을 발견한 비율에 근거합니다.

"우리는 이제 이것이 사실인지 여부를 테스트할 수 있는 방법을 가지고 있습니다. 이것은 우리 세계를 탐험하는 새로운 단계입니다." Deiner가 미소를 지으며 말했습니다. "수세기 전에 그들의 배에서 새로운 땅을 발견한 탐험가들이 생각납니다. 이제 우리는 여행할 새로운 종류의 배를 가지고 있습니다."

사브리나 와이즈에 의해 수정됨. 이탈리아어에서 번역되었습니다.

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