С 2025 года в Москве реализуется проект по исследованию средовой ДНК (на парковых и особо охраняемых зеленых территориях (ООЗТ). Работу ведут специалисты Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН) совместно с Департаментом природопользования города Москвы.
Анализ ДНК позволяет выявить значительно больше организмов, чем традиционный микроскопический метод. Уникальность проекта в его реализации в условиях мегаполиса с населением более 13 миллионов человек, а не в изолированной заповедной зоне. В первый год исследования охватили 12 природоохранных территорий: эксперты отбирали пробы воды и почвы, искали гены устойчивости бактерий к антибиотикам и формировали геномную базу данных.
Расширение проекта: 17 новых точек и 15 водоемов
В 2026 году география исследования расширилась, фокус сместился на водоемы. Пробы отобраны в 15 водоемах «Лосиного Острова», а также в 17 точках на территориях Кусково, Покровское-Стрешнево и Царицыно. Все локации зафиксированы по точным координатам и будут использоваться как постоянные станции мониторинга.
Полевой этап завершен, сейчас идет лабораторная обработка. Данные наносятся на единую карту, первые итоги ожидаются в ближайшие месяцы.
Геномная база, сформированная с 2025 года, послужит основой для создания и проверки моделей прогнозирования цветения водоемов. В дальнейшем методику можно масштабировать на другие ООЗТ и водоемы, а также адаптировать для анализа почвы и воздуха, не только в Москве, но и в других городах и регионах.
Важная черта проекта — междисциплинарное взаимодействие: генетики работают в связке с зоологами и гидробиологами. На одних и тех же станциях параллельно с отбором проб для ДНК-анализа специалисты по планктону, донным беспозвоночным и рыбам собирают материал для классического биологического учета. Это позволяет сопоставлять генетические данные с результатами микроскопического анализа и детально проверять любые расхождения. Таким образом, методика тестируется в реальных условиях городских водоемов.
Какие технологии используют ученые
В работе применяются несколько методов. Метабаркодинг позволяет считывать короткие участки генов — своеобразные «штрихкоды» видов. Секвенирование на платформе PacBio дает длинные и высокоточные последовательности, что повышает точность определения видов. Shotgun-метагеномика анализирует всю ДНК из пробы: это помогает не только установить состав обитателей водоема, но и оценить функциональные особенности микробного сообщества.
Эффективность методов напрямую зависит от справочной базы. Поэтому с 2025 года исследователи формируют собственную геномную коллекцию: в нее входят тысячи полных геномов и транскриптомов микроорганизмов и инвазивных видов, а также сведения о генах устойчивости к антибиотикам с привязкой к конкретным географическим точкам.
От цветения до чужеродных видов: практические задачи анализа
Собранные данные уже применяются для решения прикладных задач. Одна из ключевых — прогнозирование цветения и зарастания водоемов. Генетический анализ позволяет фиксировать изменения численности цианобактерий и водорослей на ранней стадии, еще до появления заметных признаков цветения. В сочетании с гидрохимическими и гидробиологическими показателями эти данные помогают оценивать и подтверждать риски.
Вторая задача — выявление чужеродных видов, таких как ротан, американские раки, дрейссена и другие.
Третья задача — санитарный мониторинг. Поиск генов устойчивости бактерий к антибиотикам (в том числе к карбапенемам) позволяет различать источники загрязнения: отличать бытовые загрязнения от следов жизнедеятельности птиц и собак. Изменения в составе микробного сообщества могут выступать в качестве биологического индикатора возможного нефтяного загрязнения.
За рубежом анализ средовой ДНК тоже широко применяется, однако большинство зарубежных программ ориентированы на решение одной конкретной задачи. Московский подход отличается комплексностью: одна проба дает возможность одновременно оценить биоразнообразие, обнаружить инвазивные виды, спрогнозировать цветение водоемов и проанализировать санитарно-экологические параметры. Сейчас московскую методику сопоставляют с подходами партнеров — Гонконгского и Юньнаньского университетов Китая.
За два года реализации проекта накоплен значительный научный массив: тысячи геномов и транскриптомов, сотни библиотек для секвенирования, данные о генах устойчивости к антибиотикам с географической привязкой, а также архив образцов. Эти материалы станут основой для фундаментальных исследований — от изучения закономерностей формирования биологических сообществ в мегаполисе до анализа эволюционных процессов у микроорганизмов в городской среде.
Нина Донских.
Фото: пресс-служба Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы