Trong khoa học pháp y, các chuyên gia thu thập DNA để xác định ai đã xuất hiện tại hiện trường một vụ án. Tuy nhiên, nếu “hiện trường” đó nằm trong một hồ nước, nơi DNA có thể bị gió và sóng cuốn đi xa, thì việc truy vết trở nên phức tạp hơn nhiều. Đây chính là thách thức mà các nhà sinh thái học thủy sinh phải đối mặt khi sử dụng DNA môi trường (eDNA) để theo dõi các loài nguy cấp, giám sát sinh vật xâm lấn hoặc đánh giá quần thể cá.

Một nhóm các nhà sinh thái học và kỹ sư đến từ Đại học Cornell và Đại học Granada đã đạt được bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ cách eDNA di chuyển trong môi trường nước. Nhóm nghiên cứu đã phát triển DNA tổng hợp có hành vi tương tự eDNA tự nhiên, thả một lượng nhỏ vào hồ Cayuga gần khuôn viên Ithaca của Cornell, theo dõi sự di chuyển của nó trong vòng 33 giờ, sau đó tích hợp các kết quả thu được vào một mô hình mới có khả năng dự đoán vị trí mà một hạt eDNA được lấy mẫu nhiều khả năng đã phát sinh trong một thủy vực.

Theo nhóm tác giả, trong khoảng 15 năm qua, những tiến bộ trong các phương pháp sinh học phân tử đã giúp eDNA phát triển từ công cụ phát hiện một loài đơn lẻ thành phương pháp giám sát đa dạng sinh học trên quy mô toàn cộng đồng, thường nhanh hơn, rẻ hơn và nhạy hơn so với các kỹ thuật khảo sát truyền thống. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất, đặc biệt trong các môi trường nước ngọt và biển có quy mô lớn, nơi eDNA có thể bị trộn sâu trong cột nước và chịu tác động của các dòng chảy mạnh, là xác định thời điểm DNA được sinh vật nguồn thải ra và khoảng cách giữa sinh vật đó với vị trí lấy mẫu.

DNA tổng hợp dùng làm chất đánh dấu trong nghiên cứu được tạo ra bởi nghiên cứu sinh tiến sĩ Zeyu Li tại phòng thí nghiệm của giáo sư Dan Luo, thuộc lĩnh vực kỹ thuật sinh học và môi trường. Loại DNA này bao gồm các chuỗi ngắn, độc nhất và được bao bọc trong một polymer an toàn, có khả năng phân hủy sinh học, vốn được sử dụng phổ biến trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Tổng lượng DNA được thả xuống hồ chỉ là 1 microgram, tương đương một phần nghìn của một gram. Nhóm nghiên cứu đánh giá đây là một sự hợp tác đặc biệt đáng chú ý, bởi thí nghiệm được tiến hành trong bối cảnh ứng dụng thực tế rõ ràng. Theo họ, loại thí nghiệm này hoàn toàn có thể được lặp lại tại các thủy vực lớn hơn như hồ Ontario, thậm chí là ngoài khơi Đại Tây Dương, và công nghệ được phát triển có tiềm năng tạo ra tác động thực sự đối với công tác quản lý và bảo tồn môi trường trên phạm vi toàn cầu.

Sự kết hợp chuyên môn trong lĩnh vực di truyền học, kỹ thuật sinh học và sinh thái học đã cho phép các nhà khoa học tiếp cận vấn đề một cách toàn diện, đồng thời tạo ra những tiến bộ khoa học nền tảng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng việc nghiên cứu chi tiết quá trình phát tán, số phận và sự vận chuyển của các hạt vật chất trong những môi trường nước có mức độ xáo trộn và trộn lẫn cao là yếu tố then chốt để quản lý hiệu quả các nguồn tài nguyên nước ngọt, cửa sông và vùng ven biển. Cách tiếp cận mới này được đánh giá là có thể tạo ra bước ngoặt trong lĩnh vực này.

DNA môi trường hiện được xem là công cụ rẻ hơn, nhanh hơn và chính xác hơn cho các nhà quản lý tài nguyên cá và động vật hoang dã so với các phương pháp khảo sát truyền thống như đánh bắt trực tiếp. Theo các nhà nghiên cứu, eDNA có thể được cơ quan quản lý sử dụng để đánh giá tác động môi trường của các công trình năng lượng ngoài khơi, theo dõi quy mô quần thể của các loài nguy cấp, kiểm tra khả năng tàu chở hàng đưa sinh vật xâm lấn vào môi trường mới, hoặc đánh giá trữ lượng của các loài cá có giá trị thương mại.

Nhóm tác giả cho rằng không thể quản lý hiệu quả nếu không có khả năng đo lường chính xác, trong khi nhiều công nghệ truyền thống dùng để đánh giá đa dạng sinh học lại quá tốn công, tốn kém hoặc thậm chí không khả thi. Trước thực trạng suy giảm nhanh chóng của đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái thủy sinh, các công cụ hiệu quả và có khả năng mở rộng để đánh giá và theo dõi sự thay đổi theo thời gian là điều cấp thiết, và eDNA được xem là một trong những công cụ đáp ứng được yêu cầu đó.

N.P.A (NASTIS), theo ĐH Cornell