Раннее обнаружение цветения цианобактерий и связанных с ними цианотоксинов с использованием стратегии быстрого обнаружения

Стратегия быстрого обнаружения позволяет своевременно обнаруживать цветение цианобактерий и связанных с ними цианотоксинов в образцах воды, либо в этой органической матрице, таких как моллюски и другие рыбные продукты. Цветение цианобактерий обусловлено разрастанием цианобактерий, которые могут жить в любых средах. И они стали экологической проблемой по всему миру в течение последних 15 лет.

Поскольку количество вредных цветущих цианобактерий увеличилось в течение последних нескольких лет, потребность в раннем выявлении, которое является ключевым для решения проблемы цветения и распространения токсичных веществ, стала более актуальной. Наша стратегия первого направления сочетает в себе технологию дистанционного и проксимального зондирования с лабораторным химическим и биоинформатическим анализом в уникальном интегрированном рабочем процессе. Весь процесс безопасен.

Принимаются соответствующие меры безопасности для предотвращения вдыхания аэрозолей и контакта с кожей во время отбора проб и лабораторного анализа. Для поиска данных сначала найдите целевой район на глобальной карте мира и извлеките данные из различных общедоступных и частных наборов данных дистанционного зондирования на дату сбора. После извлечения обработайте необработанные данные, рассчитайте мультиспектральные индексы и классифицируйте полученную информацию.

Затем определите выборку участков на сгенерированной тематической карте. Для сбора проб транспортируйте оборудование на выбранное место отбора проб в мобильной лаборатории и планируйте траекторию полета дрона для выполнения обследования макрообласти. На площадке используют несколько дронов, оснащенных различной полезной нагрузкой для выполнения полетных миссий.

И используйте кадры, полученные дроном, чтобы проверить наличие и расширение цветка и определить точные точки отбора проб. В выявленной точке отбора проб наденьте соответствующие средства индивидуальной защиты и соберите три пробы воды по 500 миллилитров с каждого участка. Измерьте несколько параметров окружающей среды, таких как температура воздуха и воды, а также рН и соленость участка.

Затем храните собранные образцы в мобильной лаборатории для транспортировки в университетскую лабораторию. Подготовьте слайды и отобразите образцы с помощью мобильного лабораторного микроскопа, оснащенного цифровой камерой, чтобы обеспечить микроскопический таксономический анализ и идентификацию видов, присутствующих в образцах, на основе их сине-зеленого цвета, формы клеток и размера гранул. После того, как виды цианобактерий, собранные в образцах, были идентифицированы, в университетской лаборатории центрифугируют образцы и переносят каждый супернатант в новый контейнер, не нарушая гранулы образца.

Добавьте 500 миллилитров бутанола к каждому образцу супернатанта и переложите каждый раствор для извлечения в сепараторную воронку. После встряхивания и размещения воронок вертикально в отдельных кольцевых зажимах дайте водным фазам стекать в отдельные колбы Эрленмейера. Повторив разделение слоя три раза, сконцентрируйте органические фазы в вакууме и взвесьте их.

Для экстракции образцов с использованием органических растворителей добавьте 50 миллилитров свежего метанола к каждой грануле образца и обложйте образцы ультразвуком в ледяной ванне. Через пять минут добавьте 50 миллилитров свежего метанола в каждый образец и аккуратно встряхните колбу, прежде чем фильтровать растворы через отдельные кусочки фильтровальной бумаги и собирать фильтраты в колбы с круглым дном. После фильтрации каждого образца еще два раза, как только что было продемонстрировано, анализируют экстракты образцов методом жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии высокого разрешения в соответствии со стандартными протоколами.

Затем сгенерируйте молекулярную сеть, используя глобальную социальную платформу натурального продукта и используйте соответствующие инструменты для анализа полученных данных сетевой и тандемной масс-спектрометрии для идентификации любых токсинов, которые, как установлено, присутствуют в собранных образцах. Предложенная стратегия была подтверждена результатами, полученными в рамках программы прибрежного мониторинга, действующей в регионе Кампания на юге Италии с 2015 по 2021 год. Был создан визуальный рабочий процесс, который связывает методы с полученными результатами.

В ходе последующих кампаний мониторинга каждый шаг был оптимизирован с целью быстрого обнаружения. Оптимизация рабочего процесса дистанционного зондирования Земли позволила сократить количество платформ и миссий при одновременном повышении уровня генерируемой продукции. Например, эта стратегия быстрого обнаружения облегчает переход от использования нескольких различных воздушных платформ к спутниковым и беспилотным платформам.

И от использования нескольких различных мультиспектральных специализированных индексов до более информативных хлорофилла а и нормализованных разностных тематических карт вегетационных индексов. Параллельно рабочий процесс был сокращен с требования метогеномного анализа 16 S до использования микроскопических наблюдений только для определения сообщества цианобактерий. А новый химический рабочий процесс использует молекулярные сети на основе LCMS для быстрого и точного обнаружения цианотоксинов.

Эта стратегия позволяет изучать цианобактерии как биоиндикаторы загрязнения, особенно в районах, в которых присутствие цветения связано с процессами эвтрофикации и используется антропогенным давлением. Эта междисциплинарная стратегия требует сочетания интеграции различных методов, технологий и опыта в уникальный рабочий процесс для ее успешной реализации. Стратегия быстрого обнаружения полезна для предотвращения проблем со здоровьем в сообществе из-за вредного цветения цианобактерий и для мониторинга больших площадей в короткие сроки.