NGS应用的下一个前沿：大厂都在布局的eDNA测序到底是什么？

很多人都好奇，NGS还能有哪些应用？

今天就先来说说上游提供商都在布局的eDNA测序。

什么是eDNA？

eDNA，environmental DNA，就是环境DNA，顾名思义，周围环境中的DNA。

空气、水、土壤，不管是物体的表面还是沉浸在内里，可能都会有生物体（或释放）的DNA。eDNA分析可在不破坏生态系统的情况下检测物种是否存在或进行具体属种的鉴定，在不同时间点采样，eDNA分析就可以用来研究生物多样性并监测生态系统的改变。所以，eDNA潜在的应用有很多，包括港口监测、生物多样性（基线）调查、压载水检测、土壤检测、水产养殖、授粉者鉴定和恢复、粪便（饮食）分析、发酵动力学和食品/药品成分分析等等。这些创新应用的领域还在不断增多。

NGS可以用于分析复杂的eDNA样本，直接高效。

通常，需要在不知道物种类型或丰度的情况下，分析样本中每个物种可能痕量的DNA。NGS的灵敏度可以检测环境中含量非常低的eDNA。利用NGS可以在一个eDNA样本中同时分析数千个物种，这有助于揭示生态样本中完整的多样性信息。

eDNA NGS逐渐成为研究生态系统生物多样性的强大工具，也被证明是有效的生物监测工具。

eDNA 测序有很多不同的方法，最常用的就是eDNA宏条形码技术。

每种生物都具有独特的DNA序列，可称之为相关的条形码。这种DNA条形码是保守基因组区域之间的高度可变区域。eDNA宏条形码涉及这些条形码的靶点特异性扩增和测序，通常是线粒体细胞色素氧化酶1（CO1）或18S核糖体亚基。这是区分高等真核生物的有效方法。

环境宏基因组学可以分析复杂环境样品中的整个微生物群落，这通常依赖于16S或内部转录间隔区（ITS）rRNA基因的测序，分别用于检测细菌和真菌。16S和ITS rRNA基因测序是成熟的比较样本系统发育和环境样本分类方法。

其他还包括eDNA的鸟枪法测序，适用于研究可能在样本中大量存在的物种，例如细菌或小型真核生物。

环境对于居住社区的生活、休闲甚至是饮用水、交通等都至关重要。除了气候等变化，人类的活动也越来越多影响到环境的健康。

eDNA检测就像是对环境健康的“临床”诊断。eDNA打开了一扇窗，让我们可以深入最深处；而通过基因组学来诊断这些问题，提供了关键的数据来源，从而能有根据地做出决策。例如，从珊瑚礁收集浓缩几公升海水，可以从其中残余的DNA里测出80多种鱼类物种；在不同的区域和时间点来采样，可以窥探物种多样性的变化，从而能评估不同因素或活动所造成的影响。这就是一种新型的液体活检。

eDNA测序和人病原体宏基因组测序mNGS有很多相似的挑战和解决思路。比如，取一升海水或一克泥土作为样本，通常里面99%以上的DNA都来自细菌，需要使用一些方法来选择性地富集特定目标，排除那些不想检测的。另一个难题在于提取DNA。需要针对不同样本类型开发高效的DNA提取方法，不然可能无法检测出低丰度的物种。同样，在数据分析上，从样本中提取的eDNA与存在的生物体数量是否有直接关系，进而是否用于测量丰度，这还存在疑问。由于生物体释放DNA的速率不同，这两者之间不可能有确切的关联。eDNA分析的另一个局限是能否将DNA条形码精确定位到物种依赖于强大的数据库。这需要全世界的研究人员一起来构建这些数据库。eDNA领域的数据分析方法仍在建立之中。有许多方法可以解读数据，但关键是如何区分真正的模式和背景杂峰，同时保持检测罕见分类群所需的灵敏度。

目前出现了几家提供eDNA服务的商业性实验室，客户包括那些希望获得海洋或陆地系统规划批准的资源公司和实体。一些客户希望在开始作业之前了解其场地的生态系统。eDNA可以作为一个工具来展示该生态系统中生物产生的正面或负面变化。如果他们的作业对环境有不良影响，他们会及早知道并减轻影响。使用eDNA进行生物监测可以作为全世界负责保护环境的环境保护机构的重要工具。他们可以为希望在特定区域开采矿物或石油的公司提供检测。这些公司可能需要在开发前收集场地的环境DNA样本，然后每6到12个月向生物样本库提交样本。如果发生重大事故，例如石油泄漏或者突然出现入侵物种，机构可以利用eDNA样本评估该公司对环境的影响并追究各方的责任。数据将不言自明。

不管是新型的液体活检，还是升级版的mNGS，环境DNA测序已然成为了基因组学应用的又一个前沿方向，将为环境研究、监测及保护提供更高效及时的利器。