Секвенирование воздуха

От аллергии на пыльцу страдают 400 млн человек по всему миру. В настоящее время прогнозы пыления составляются исключительно на основании оценки количества пыльцы в воздухе, без указания точной таксономической принадлежности, например, для злаковых растений. Считается, что пыльца всех видов этого семейства аллергенна, к тому же визуально различить пыльцу разных видов крайне сложно.

Профессор Саймон Крир из Университета Бангора (Уэльс, Великобритания), возглавивший трехлетнее исследование по определению состава пыльцы трав в воздухе, признается: «Я и сам страдаю от сенной лихорадки, и знаю, что в некоторые дни, несмотря на прогноз о высоком содержании пыльцы в воздухе, могу чувствовать себя лучше, чем в другие дни, когда прогноз кажется благоприятнее. Это навело меня и других на раздумья о том, только ли большие количества пыльцы создают проблему или же разные типы пыльцы вызывают различные уровни реакции».

Исследователи проанализировали ДНК образцов пыльцы и спор, взятых из воздуха в разных регионах Великобритании в разные периоды сезона цветения. На основе полученных данных определили таксоны пылящих растений, встречающихся в данном регионе, охарактеризовали временные пики пыления и ареал распространения пыльцы для каждого таксона. Образцы воздуха собирали в 6 точках на территории Великобритании с помощью специального портативного прибора, который был запрограммирован начинать сбор в новую пробирку каждые 24 часа. Таким образом исследователи получали наборы проб, собранных в течение нескольких дней подряд. Всего с 25 мая по 28 августа 2016 года было получено 279 проб.

Из 231 образцов с достаточной для анализа концентрацией пыльцы изолировали ДНК, используя коммерческий набор DNeasy Plant Mini kit(Qiagen). Затем секвенировали маркеры rbcL и ITS2, использующихся в ДНК-баркодировании. Для секвенирования была выбрана платформа Illumina MiSeq. Соответствие между полученными последовательностями и таксонами растений находили поиском с помощью программы BLAST по базам данных, содержащим последовательности rbcL и ITS2 видов, произрастающих в Великобритании. Таким образом определили таксономический состав растений, пылящих в каждом из регионов в то или иное время. Дальнейший статистический анализ временного и пространственного распределения пыльцы в воздухе для каждого таксона был проведен с помощью различных пакетов языка программирования R.

Пыльца может переноситься ветром на большие расстояния, и потому ее состав не обязательно должен определяться местной цветущей флорой. Однако в ходе исследования было обнаружено соответствие между составом пыльцы и датами цветения трав в конкретной местности и в конкретное время. Так, пыльца мятлика в Вустере и Бангоре появилась в середине июня, а в Инверговри — через шесть-восемь недель. В течение нескольких дней пыльца оседает, потому состав пыльцы регулярно меняется, и накопления не происходит.

Максимальный вклад внесли пять родов злаков: Alopecurus (лисохвост),Festuca (овсяница), Holcus (бухарник), Lolium (плевел) и Poa (мятлик). Все они распространены в Великобритании и известны способностью вызывать IgE-опосредованный аллергический ответ, у людей, чувствительных к пыльце. Однако нельзя с уверенностью сказать, что именно эти таксоны — основные виновники сезонных страданий аллергиков. Возможно, больший вред приносят более редкие виды, которые цветут одновременно с этими доминантными родами. К примеру, тимофеевка луговая (Phleum pratense) — сильный аллерген, и хотя доля чтений, соответствующих роду Phleum, сравнительно мала, не исключено, что именно появление пыльцы тимофеевки ухудшает состояние аллергиков в определенные промежутки времени.

Доктор Бенедикт Уилер из Университета Эксетера рассказал о будущих планах: «С этими новыми идеями о характеристике пыльцы мы концентрируемся на будущих приложениях для предупреждений об [аллергенной] пыльце и стратегиях самопомощи».