Zaawansowane techniki detekcji i modelowania bioaerozoli w służbie prognozowania i stosowania środków łagodzących
Dzięki zastosowaniu technologii wykrywania DNA w odniesieniu do bioaerozoli naukowcy wiedzą o nich obecnie o wiele więcej. Pozwoliło to również na pozyskanie szczegółowych informacji, co nie było do tej pory możliwe. Wyzwanie związane z kontynuacją prac na tym polu wiąże się częściowo z zadaniem wychwytywania bioaerozoli w terenie. Aby pomóc w opracowaniu rozwiązania, które wsparłoby badaczy w odpowiedniej analizie zarodników grzybowych, w ramach finansowanego przez UE projektu SUPREME zaprojektowano i przetestowano bezzałogowy statek powietrzny (ang. unmanned airborne vehicle, UAV) na potrzeby pozyskiwania próbek takich bioaerozoli. Zebrane dane połączono z już dostępnymi danymi tak, aby opracować i wykorzystać matematyczny model, który mógłby wyjaśnić zjawisko emisji zarodników grzybowych, do którego dochodzi podczas zbioru plonów. Wykorzystanie podejścia opartego na DNA pozwoliło nie tylko na poszerzenie wiedzy akademickiej, ale także na poprawę ukierunkowania działań wczesnego reagowania tak, aby nie stanowiły zagrożenia dla ludzi i roślin. Wznieść się ponad ziemię Jednostkę UAV zaprojektowano we współpracy z firmą z sektora prywatnego. Objaśniając proces projektowania, koordynator projektu i stypendysta programu „Maria Skłodowska-Curie”, prof. Carsten Skjoth, wspomina: „Zaczęliśmy od nakreślenia wymagań niezbędnych ze względu na obiekt obserwacji, a następnie skupiliśmy się na parametrach, takich jak na przykład liczba zarodników, którą urządzenie będzie musiało obsłużyć”. W rezultacie otrzymano spersonalizowanego i niedrogiego drona zdolnego do latania przez długi czas, a jednocześnie bardzo skutecznie wychwytującego duże ilości zarodników. Sterowanie nim może jednak nastręczać trudności, gdyż wymaga on otwartej przestrzeni, o którą trudno na obszarach zwyczajowo poddawanych tego rodzaju badaniom. Co więcej, jego uruchomienie zajmuje dużo czasu, a do obsługi zasadniczo potrzebne są dwie osoby. Jak mówi prof. Skjoth: „Osiągnęliśmy połowiczny sukces, ale dużo się nauczyliśmy. Wiemy, że drona można wykonać tak, aby lepiej wpisywał się w potrzeby badawcze, o ile uda się osiągnąć kompromis między czasem lotu, prostotą użytkowania i czasem potrzebnym na rozruch”. W ramach projektu stworzono także kolejną iterację nowej generacji modeli atmosferycznych o globalnym zastosowaniu, które są zdolne w sposób ciągły i spójny wspierać badania z dziedziny fizyki, chemii i biologii. Ten roboczy model transportu atmosferycznego (Biochem) może z powodzeniem obsłużyć bioaerozole o różnym stopniu złożoności, w zależności od obranego celu badawczego. Istotnie, ”To narzędzie do modelowania jest niewątpliwie jednym z najbardziej zaawansowanych rozwiązań w swojej dziedzinie, o stopniu złożoności zbliżonym do modeli chemii atmosferycznej, łączące w sobie możliwości tego narzędzia z detekcją wykorzystującą podejście oparte na DNA. Pozwala ono rozwinąć badania w nowych kierunkach i może być wykorzystane po prostu jako narzędzie do prognozowania. Tak właśnie wykorzystuje się je w finansowanym przez Natural Environment Research Council projekcie PollerGEN, który koncentruje się na gatunkach traw”, dodaje prof. Skjoth. Od badań podstawowych do prognozowania Bardzo prawdopodobne, że nowe narzędzie do modelowania SUPREME stanie się w Zjednoczonym Królestwie bazą dla prognozowania bioaerozoli. Model ten sprawdza się także doskonale jako narzędzie do zaawansowanych badań, umożliwiające zgłębianie istotnych naukowych kwestii związanych z ludzkim zdrowiem, takich jak łączna ekspozycja na zanieczyszczenia powietrza i pyłki czy wpływ bioaerozoli na klimat (współcześnie i w przyszłości). Umożliwia on także oddzielenie zarodników i ich kategoryzację na podgrupy w sposób, który nie jest możliwy przy użyciu mikroskopów optycznych. „Nasz zaawansowany model atmosferyczny, techniki detekcji DNA oraz nowe podejście do detekcji emisji mają niezwykły potencjał, każde samo w sobie. Jednak ich połączenie mogłoby zrewolucjonizować badania z tej dziedziny i pozwolić na pozyskanie danych naukowych, które będą mieć pozytywny wpływ na społeczeństwo”, dodaje na koniec prof. Skjoth. Zespół zgłębia obecnie w jaki sposób można wykorzystać dane satelitarne do wykrywania i pracy z zaawansowanymi metodami modelowania tak, aby uzyskać dokładniejsze wyniki. Co więcej, testowane są też nowe podejścia do technik DNA wykorzystywanych w analizie bioaerozoli. W ramach tegorocznego badania pilotażowego podjęto się również opracowania nowych metod wykrywania pyłku i zarodników, które mają zostać wykorzystane na większą skalę w 2019 r.
Słowa kluczowe
SUPREME, dron, bezzałogowy statek powietrzny, model, zarodnik grzybowy, bioaerozol, DNA, alergeny wziewne, patogeny, atmosfera, prognozowanie
