Ihre DNA kann jetzt aus der Luft geholt werden

David Duffy, ein Wildtiergenetiker an der University of Florida, wollte einfach eine bessere Möglichkeit finden, Krankheiten bei Meeresschildkröten zu verfolgen. Dann fing er an, überall menschliche DNA zu finden.

Im letzten Jahrzehnt haben Wildtierforscher Techniken zur Gewinnung von Umwelt-DNA oder eDNA verfeinert – Spurenmengen genetischen Materials, die alle Lebewesen hinterlassen. Als leistungsstarkes und kostengünstiges Werkzeug für Ökologen ist eDNA überall – ob es in der Luft schwebt oder im Wasser, Schnee, Honig und sogar in Ihrer Tasse Tee verweilt. Forscher haben die Methode verwendet, um invasive Arten zu erkennen, bevor sie die Macht übernehmen, um gefährdete oder geheimnisvolle Wildtierpopulationen zu verfolgen und sogar um Wiederentdeckung von ausgestorben geglaubten Arten. Die eDNA-Technologie wird auch in verwendet Abwasserüberwachungssysteme zur Überwachung von Covid und anderen Krankheitserregern.

Aber die ganze Zeit über haben Wissenschaftler, die eDNA verwendeten, still und leise große Mengen menschlicher DNA geborgen. Für sie ist es Umweltverschmutzung, eine Art menschlicher genomischer Beifang, der ihre Daten verfälscht. Aber was wäre, wenn jemand absichtlich menschliche eDNA sammeln würde?

Neue DNA-Sammeltechniken seien für Strafverfolgungsbeamte „wie Katzenminze“, heißt es Erin Murphy, ein Rechtsprofessor an der New York University School of Law, der sich auf den Einsatz neuer Technologien im Strafrechtssystem spezialisiert hat. Die Polizei hat sich schnell unbewiesene Werkzeuge zu eigen gemacht, etwa die Verwendung von DNA zur Herstellung wahrscheinlichkeitsbasierte Skizzen eines Verdächtigen.

Dies könnte zu Problemen bei der Wahrung der Privatsphäre und der bürgerlichen Freiheiten führen, insbesondere da der technologische Fortschritt es ermöglicht, mehr Informationen aus immer kleineren eDNA-Proben zu sammeln. Dr. Duffy und seine Kollegen verwendeten eine leicht verfügbare und erschwingliche Technologie, um zu sehen, wie viele Informationen sie aus menschlicher DNA gewinnen konnten, die unter verschiedenen Umständen in der Umwelt gesammelt wurde, beispielsweise aus Wasserstraßen im Freien und der Luft in einem Gebäude.

Die Ergebnisse ihrer Forschung, veröffentlicht am Montag in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution, zeigen, dass Wissenschaftler aus winzigen Fragmenten menschlicher DNA, die in der Umwelt zurückbleiben, medizinische und Abstammungsinformationen gewinnen können.

Forensische Ethiker und Rechtswissenschaftler sagen, dass die Erkenntnisse des Florida-Teams die Dringlichkeit umfassender genetischer Datenschutzbestimmungen erhöhen. Für Forscher verdeutlicht dies auch ein Ungleichgewicht bei den Regeln für solche Techniken in den Vereinigten Staaten – dass es für Strafverfolgungsbeamte einfacher ist, eine unausgegorene neue Technologie einzusetzen, als für wissenschaftliche Forscher, die Genehmigung für Studien zu erhalten, um zu bestätigen, dass das System überhaupt funktioniert funktioniert.

Aus genetischem Müll wird genetischer Schatz

Es ist seit Jahrzehnten klar, dass Fragmente unserer DNA den Planeten wie Müll bedecken. Es schien einfach keine Rolle zu spielen. Wissenschaftler gingen davon aus, dass die DNA in der Umwelt zu klein und zu stark abgebaut sei, um sinnvoll wiederhergestellt zu werden, geschweige denn zur Identifizierung eines einzelnen Menschen verwendet zu werden, es sei denn, sie stammte aus eindeutigen Proben wie einem Blutfleck oder einem Gegenstand, den jemand berührt hatte.

Wildtierforscher haben sich ohnehin für Umwelt-DNA entschieden, weil sie nur nach sehr kleinen DNA-Segmenten suchen – sie scannen nach sogenannten Barcodes, die die Lebewesen in einer Probe bis auf Artenebene identifizieren. Doch nachdem Dr. Duffy und sein Team bei der Überwachung von Krankheiten bei Meeresschildkröten in Florida „überraschende“ Mengen an menschlicher eDNA in ihren Proben gefunden hatten, machten sie sich daran, ein genaueres Bild vom Zustand der menschlichen DNA in der Umwelt zu erhalten und herauszufinden, wie viel Informationen, die es über Menschen in einem Gebiet preisgeben könnte.

Als Proof of Concept in einem ihrer Experimente nahmen die Forscher eine Wasserprobe in der Größe einer Getränkedose aus einem Bach in St. Augustine, Florida. Anschließend führten sie das genetische Material aus der Probe durch einen Nanoporen-Sequenzierer, der dies ermöglicht Forscher können längere DNA-Abschnitte lesen. Das von ihnen verwendete Gerät kostete etwa 1000 US-Dollar, hat die Größe eines Zigarettenanzünders und lässt sich wie ein Flash-Laufwerk an einen Laptop anschließen.

Aus den Proben gewann das Team viel mehr lesbare menschliche DNA als erwartet. Und da das Wissen über die Humangenetik zunimmt, kann die Analyse selbst begrenzter Proben eine Fülle von Informationen liefern.

Die Forscher haben genügend mitochondriale DNA geborgen, die über Tausende von Generationen direkt von der Mutter an das Kind weitergegeben wurde, um eine Momentaufnahme der genetischen Abstammung der Bevölkerung rund um den Bach zu erstellen, die in etwa mit der rassischen Zusammensetzung übereinstimmt, die in den neuesten Volkszählungsdaten für das Gebiet gemeldet wurde ( obwohl die Forscher anmerken, dass die Rassenidentität ein schlechter Indikator für die genetische Abstammung ist). Eine mitochondriale Probe war sogar vollständig genug, um die Anforderungen dafür zu erfüllen Bundesdatenbank für vermisste Personen.

Sie fanden außerdem heraus, dass Schlüsselmutationen nachweislich ein höheres Risiko für Diabetes, Herzprobleme oder verschiedene Augenkrankheiten mit sich bringen. Ihren Daten zufolge hatte jemand, dessen genetisches Material in der Probe auftauchte, eine Mutation, die zu einer seltenen Krankheit führen könnte, die zu fortschreitenden neurologischen Beeinträchtigungen führt und oft tödlich endet. Die Krankheit ist erblich bedingt und kann erst im Alter von 40 Jahren auftreten. Dr. Duffy kam nicht umhin, sich zu fragen: Weiß diese Person Bescheid? Ist die Familie der Person? Hat die Versicherungsgesellschaft der Person?

Überwachung und Forensik

Anna Lewis, ein Harvard-Forscher, der die ethischen, rechtlichen und sozialen Auswirkungen der Genforschung untersucht, sagte, dass Umwelt-DNA von Experten für Bioethik nicht umfassend diskutiert worden sei. Aber nach den Erkenntnissen von Dr. Duffy und seinen Kollegen wird es soweit sein.

Technologie, die sich auf eDNA konzentriert, könne für die Überwachung bestimmter Arten eingesetzt werden, sagte sie von Menschen – zum Beispiel Menschen mit einer bestimmten Abstammung oder mit besonderen Erkrankungen oder Behinderungen.

Forscher sind sich einig, dass die Auswirkungen solcher Nutzungen davon abhängen, wer die Technologie nutzt und warum. Während gepoolte eDNA-Proben Forschern des öffentlichen Gesundheitswesens dabei helfen könnten, das Auftreten einer Mutation zu bestimmen, die eine Krankheit in einer Gemeinschaft verursacht, könnte dieselbe eDNA-Probe auch zur Suche und Verfolgung ethnischer Minderheiten verwendet werden.

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