드론으로 DNA 수집 (영상)
- 기술 / 문광주 기자 / 2023-01-23 18:35:43
2'50" 읽기 + 5'11"영상
- 나무 캐노피에서 환경 DNA 샘플을 추출
- DNA 수집은 나뭇가지에서 나온 물질이 달라붙는 드론 측면의 접착 스트립으로 가능
- 드론은 빽빽한 나뭇가지에서 독립적으로 탐색, 튀어나온 유연한 나뭇가지에도 착륙
- 가지와 잎 표면에서 샘플 채취할 수 있도록 드론의 밑면 양쪽에 접착성 수집 표면
이제 비행 도우미와 함께 해결책이 있다. ETH Zurich와 스위스 연방 연구소 WSL의 스테파노 민체프(Stefano Mintchev)가 이끄는 연구팀은 나뭇가지에 착륙하고 그곳에서 샘플을 채취할 수 있는 드론을 개발했다. 쿼드로콥터는 빽빽한 나뭇가지에서 독립적으로 탐색하고 튀어나온 유연한 나뭇가지에도 착륙할 수 있다. 정말 어려운 일이다. "가지에 착지하려면 복잡한 제어가 필요하다"고 Mintchev는 설명했다.
드론의 로터가 나뭇가지와 충돌하지 않도록 보호하는 동시에 주변 환경에 대한 정보를 제공하는 특수 보호 링 덕분에 가능하다. 지름 44cm의 수평 링은 링의 평면에 수직으로 이어지는 4개의 아치와 결합되며, 유연한 재질로 만들어지고 센서가 장착되어 있다. 이 센서 아크에 있는 가지의 압력은 나뭇가지가 얼마나 조밀하고 유연한지 드론에 알려준다.
DNA 트랩으로 사용되는 접착 테이프
가지와 잎의 표면에서 DNA 샘플을 채취할 수 있도록 드론은 밑면 양쪽에 접착되는 여러 수집 표면을 가지고 있다. 외부에 부착된 접착 스트립도 매우 느슨하고 유연하여 부분적으로 땅을 둘러보며 수집 영역을 증가시킨다. 그런 다음 생물학자는 실험실에서 접착 물질에서 DNA를 추출하고 분석하고 데이터베이스 비교를 사용하여 다른 유기체에 할당할 수 있다.
첫 번째 실제 테스트에서 Mintchev와 그의 팀은 드론으로 7종의 나무 수관에서 샘플을 수집하도록 했다. 그들은 부착된 물질에서 조류, 포유류 및 곤충을 포함하여 21개의 서로 다른 유기체 그룹의 DNA를 성공적으로 감지할 수 있었다. "이것은 수집 기술이 효과가 있다는 것을 보여주기 때문에 고무적이다"고 Mintchev는 말했다.
열대우림에서의 경쟁
다음 단계에서 연구원들은 DNA 드론을 더욱 빠르고 효율적으로 만들려고 한다. 그들의 목표는 싱가포르에서 열리는 국제 로봇 종 매핑 대회에 참가하는 것이다. 드론과 팀은 24시간 이내에 100헥타르의 열대우림 지역에서 가능한 한 많은 종을 포획해야 한다. 열대우림의 잦은 비로 인해 비행과 DNA 추출이 더 어려워지기 때문에 쉬운 일이 아니다.
Mintchev는 "우리는 우리의 수집 방법이 열대 지방의 극한 조건에서도 입증될 수 있는지 매우 궁금하다"고 말했다. 준비 과정에서 연구원들은 이미 취리히 동물원의 열대 주택에 있는 미니 열대우림에서 훈련을 하고 있다. “이것은 우리가 어떤 종이 발생하는지 알 수 있다는 이점이 있다. 이를 통해 우리는 이 기술로 환경 DNA 흔적을 얼마나 완전하게 수집하고 있는지 또는 누락된 것이 있는지 더 잘 평가할 수 있다”고 Mintchev는 설명했다.
(사이언스 로보틱스, 2023; doi: 10.1126/scirobotics.add5762)
출처: ETH 취리히
- 나무 캐노피에서 환경 DNA 샘플을 추출
- DNA 수집은 나뭇가지에서 나온 물질이 달라붙는 드론 측면의 접착 스트립으로 가능
- 드론은 빽빽한 나뭇가지에서 독립적으로 탐색, 튀어나온 유연한 나뭇가지에도 착륙
- 가지와 잎 표면에서 샘플 채취할 수 있도록 드론의 밑면 양쪽에 접착성 수집 표면
드론으로 DNA 수집
Sticky Specialty Drone은 나무 캐노피에서 환경 DNA 샘플을 추출할 수 있다.
비행 도우미:
과학자들이 나뭇가지에 착륙하여 그곳에서 환경 DNA 샘플을 채취할 수 있는 드론을 제작했다. 깃털, 모피, 배설물 또는 동물의 유해에 포함된 이 유전 물질은 나무 꼭대기에 사는 동물 종을 밝힐 수 있다. DNA 수집은 나뭇가지에서 나온 물질이 달라붙는 드론 측면의 접착 스트립으로 가능하다.
새로운 종을 찾거나 과거 서식지의 다양성을 발견할 때 생물학자들은 피부, 대변 또는 사체를 통해 환경으로 유입되는 유전 물질의 잔재인 환경 DNA에 점점 더 관심을 기울이고 있다. 예를 들어 호흡조차도 공기 중에 DNA의 흔적을 남길 수 있다. 환경 DNA는 심지어 토양이나 해저에서 수백만 년 동안 생존할 수 있으며 최근에야 북극의 독특한 "잃어버린 세계"에 대한 통찰력을 제공했다.
그러나 문제는 DNA 샘플은 보통 흙과 물에서 쉽게 얻을 수 있는 반면, 나무 꼭대기의 가지에서와 같이 어지러운 높이에서는 유전 물질의 흔적을 얻기가 어렵다는 것이다. 지금까지 과학자들은 대담한 나무 등반을 수행해야 했다.
드론은 나뭇가지 사이를 독립적으로 비행한다.
이제 비행 도우미와 함께 해결책이 있다. ETH Zurich와 스위스 연방 연구소 WSL의 스테파노 민체프(Stefano Mintchev)가 이끄는 연구팀은 나뭇가지에 착륙하고 그곳에서 샘플을 채취할 수 있는 드론을 개발했다. 쿼드로콥터는 빽빽한 나뭇가지에서 독립적으로 탐색하고 튀어나온 유연한 나뭇가지에도 착륙할 수 있다. 정말 어려운 일이다. "가지에 착지하려면 복잡한 제어가 필요하다"고 Mintchev는 설명했다.
드론의 로터가 나뭇가지와 충돌하지 않도록 보호하는 동시에 주변 환경에 대한 정보를 제공하는 특수 보호 링 덕분에 가능하다. 지름 44cm의 수평 링은 링의 평면에 수직으로 이어지는 4개의 아치와 결합되며, 유연한 재질로 만들어지고 센서가 장착되어 있다. 이 센서 아크에 있는 가지의 압력은 나뭇가지가 얼마나 조밀하고 유연한지 드론에 알려준다.
DNA 트랩으로 사용되는 접착 테이프
가지와 잎의 표면에서 DNA 샘플을 채취할 수 있도록 드론은 밑면 양쪽에 접착되는 여러 수집 표면을 가지고 있다. 외부에 부착된 접착 스트립도 매우 느슨하고 유연하여 부분적으로 땅을 둘러보며 수집 영역을 증가시킨다. 그런 다음 생물학자는 실험실에서 접착 물질에서 DNA를 추출하고 분석하고 데이터베이스 비교를 사용하여 다른 유기체에 할당할 수 있다.
첫 번째 실제 테스트에서 Mintchev와 그의 팀은 드론으로 7종의 나무 수관에서 샘플을 수집하도록 했다. 그들은 부착된 물질에서 조류, 포유류 및 곤충을 포함하여 21개의 서로 다른 유기체 그룹의 DNA를 성공적으로 감지할 수 있었다. "이것은 수집 기술이 효과가 있다는 것을 보여주기 때문에 고무적이다"고 Mintchev는 말했다.
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| ▲ 보호 링과 센서를 통해 드론이 나뭇가지에서 독립적으로 탐색할 수 있다. © Gottardo Pestalozzi |
열대우림에서의 경쟁
다음 단계에서 연구원들은 DNA 드론을 더욱 빠르고 효율적으로 만들려고 한다. 그들의 목표는 싱가포르에서 열리는 국제 로봇 종 매핑 대회에 참가하는 것이다. 드론과 팀은 24시간 이내에 100헥타르의 열대우림 지역에서 가능한 한 많은 종을 포획해야 한다. 열대우림의 잦은 비로 인해 비행과 DNA 추출이 더 어려워지기 때문에 쉬운 일이 아니다.
Mintchev는 "우리는 우리의 수집 방법이 열대 지방의 극한 조건에서도 입증될 수 있는지 매우 궁금하다"고 말했다. 준비 과정에서 연구원들은 이미 취리히 동물원의 열대 주택에 있는 미니 열대우림에서 훈련을 하고 있다. “이것은 우리가 어떤 종이 발생하는지 알 수 있다는 이점이 있다. 이를 통해 우리는 이 기술로 환경 DNA 흔적을 얼마나 완전하게 수집하고 있는지 또는 누락된 것이 있는지 더 잘 평가할 수 있다”고 Mintchev는 설명했다.
(사이언스 로보틱스, 2023; doi: 10.1126/scirobotics.add5762)
출처: ETH 취리히
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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