Erbgut ist überall – im Boden, in der Luft, im Wasser. Durch die Analyse dieser sogenannten Umwelt-DNA finden Forschende beispielsweise heraus, welche Organismen in einem Lebensraum vorkommen.
Wie findet man seltene Fische im Meer? Oder winzige Pilze in einer Wiese? Nachtaktive Amphibien in einem zugewachsenen Tümpel? Lange gab es hier nur eine Antwort: Indem man mühsam, zeit- und personalaufwendig im Gelände sucht, oft teures Equipment einsetzt und auf eine Portion Glück hofft.
Erbgut aus Umweltproben analysieren
Mittlerweile gibt es eine weitere, oft weniger aufwendige oder erfolgversprechendere Methode: Man untersucht das Erbgut in Umweltproben aus jenem Lebensraum, den man überwachen möchte, die sogenannte Umwelt- oder eDNA. Denn Erbgut ist überall, in der Luft, im Wasser, im Boden. Tiere verlieren es beispielsweise mit Speichel, Haaren, Federn oder Kot, Pilze setzen es in ihren Sporen frei oder Blüten in ihrem Pollen. Schwimmt ein Fisch oder Molch durchs Wasser, hinterlässt er so fürs Auge unsichtbare DNA-Spuren im Wasser. Forschende können diese Erbgutspuren vervielfältigen, analysieren und bestimmen, von welcher Art oder welchen Arten sie stammen. Untersuchungen dieser Art werden seit einigen Jahren immer weiter verfeinert und häufiger eingesetzt.
Das eDNA-Labor der WSL ist speziell für solche Untersuchungen ausgerüstet. Die Forschenden bereiten dort die Proben auf, indem sie das Erbgut daraus extrahieren und es unter sterilen Bedingungen so aufbereiten, dass es in mit den entsprechenden Geräten ausgestatteten WSL-Labors vervielfältigt werden kann. Diese Arbeiten müssen unter besonderen Reinhaltemassnahmen erfolgen, damit nicht statt dem Erbgut in der Probe beispielsweise jenes in der Laborluft analysiert wird.
Hohe Sauberkeitsstandards
Deshalb gelten in unserem eDNA-Labor besondere Sauberkeitsstandards. So gelangt beispielsweise nur mit feinen Partikelfiltern gereinigte Luft ins Labor. Damit auch beim Öffnen einer Tür keine «schmutzige» Luft hineingelangt, herrscht im eDNA-Labor ständig ein leichter Überdruck. Die Forschenden betreten das Labor durch eine Schleuse, in der sie Schutzkleidung überziehen und die Schuhe wechseln. Der Umkleidebereich dient gleichzeitig als Lager für Labormaterial. Dieses wird sterilisiert, bevor es ins Labor gelangt.
Gearbeitet wird unter einer sogenannten Sterilbank, welche die Luft nach aussen abführt. Dies dient einerseits dem Schutz der Forschenden vor den Chemikalien, mit denen sie arbeiten, und reduziert andererseits wiederum das Risiko von Verunreinigungen. Der Arbeitsplatz wird nach jeder Benutzung gründlich gereinigt, so dass allfällige Erbgut zerstört und damit das Risiko für Verunreinigungen für weitere Untersuchungen dort minimiert wird.
Rote Liste der Pilze
Eingesetzt werden wird das Labor, dessen Eröffnung auf Frühjahr 2023 geplant ist, beispielsweise bei den Arbeiten zur Revision der Roten Liste der Pilze der Schweiz. Die Forschenden sammeln hierfür mit über die ganze Schweiz verteilten Sporenfallen über längere Zeit Pilzsporen aus der Luft auf Filterpapier. Im eDNA-Labor bereiten sie diese Umweltproben auf und extrahieren das Erbgut aus den Sporen. In weiteren Arbeitsschritten wird die DNA vervielfältigt und entschlüsselt. Dann können die Forschenden anhand der Erbgutsequenzen bestimmen, welche Arten oder Artengruppen von Pilzen in der Nähe der Sporenfalle wachsen – ohne diese Pilze selbst im Freiland gefunden zu haben.