Терновый венец, или акантастер (Acanthaster planci) — морская звезда, которая питается полипами корралов. Одно животное съедает до 13 квадратных метров кораллов в год, и из-за регулярных вспышек их численности значительно сокращаются площади коралловых рифов, в том числе Большого Барьерного рифа.

Чтобы защитить рифы, ученые постоянно мониторят популяции терновых венцов, останавливают, а по возможности и предотвращают вспышки их численности. Обычно акантастеров считают дайверы, которых на буксире проводят над участком рифа. Этот метод трудоемок, не слишком точен и позволяет заметить всего 10-20 процентов терновых венцов.

Джейсон Дойл (Jason Doyle) и Свен Утике (Sven Uthicke) из Австралийского института морских наук разработали простой и точный способ определить присутствие терновых венцов. Они выявляли ДНК этих морских звезд в образцах воды с помощью иммунохроматографического анализа, или тест-полосок — по такому же принципу работают тесты на беременность или ВИЧ.

Образцы воды с двух точек Большого Барьерного рифа отфильтровывали на мембрану, затем для усиления сигнала проводили полимеразную цепную реакцию: фермент многократно копировал участки ДНК, которые соответствовали образцу — праймеру, - специфичному для акантастеров. На концах полученные копии ДНК находились метки, с помощью которых их обнаруживала тест-полоска.

Размноженные образцы с метками переносили на край иммунохроматографических полосок, при помощи капиллярных сил жидкость двигалась вверх по полоске. В инкубационной зоне метка на одном конце копий ДНК связывалась с углеродной наночастицей, затем в тестовой зоне вторая метка связывалась с антителами, и кусочки ДНК фиксировались в определенном участке полоски. Получался «сэндвич»: антитела на полоске, ДНК морской звезды и углеродная наночастица, — такие «сэндвичи» и формируют поперечную линию на тест-полоске. Вторая линия была контрольной, она связывала свободные наночастицы и по ее проявлению можно было судить, что тест прошел успешно и что образец попал в тестовую зону.

Эффективность теста для начала проверили на образцах с известной концентрацией ДНК акантастеров, для этого образцы выделили из аквариумных терновых венцов. Чувствительность тест-полосок оказалась выше, чем у двух других ПЦР-анализов (с детекцией в агарозном геле и цифровой капельной ПЦР): восемь из восьми тестов определили ДНК акантастеров в образе с семью копиями молекулы (0,11 пикограммов ДНК), и семь из восьми — в образце с двумя копиями (0,036 пикограммов ДНК).

Тест-полоски оказались также дешевле цифровой капельной ПЦР, чья чувствительность была почти столь же высокой: один иммунохроматографический тест стоит около восьми австралийских долларов, а цифровая ПЦР — около 16, при это на первый тест уходит три минуты, а на второй — семь.

ДНК терновых венцов обнаружили в 26 из 40 образцов воды, которые взяли у острова Лизард, и только в одном образце с рифа Элизабет. Дайверы, которые оценивали количество акантастеров в то же время, обнаружили мало морских звезд на острове Лизард и ни одной — на рифе Элизабет. Данные иммунохроматографического анализа, таким образом, отразили количество морских звезд, измеренное прямым наблюдением: при малом количестве акантатстеров их ДНК нашли в половине образцов, а увеличение доли положительных проб будет свидетельствовать о росте численности иглокожих. Значит, мониторинг можно осуществлять этим простым и дешевым лабораторным методом: он позволит обнаружить появление терновых венцов на рифе и увеличение их популяции и вовремя предотвращать вспышку численности.

Экологи давно используют ДНК из окружающей среды для оценки численности самых разных водных видов: например, по образцам морской воды ученые могут определить популяцию китовых акул и ее численность. Но тест-полоски для анализа таких образцов еще никто не применял — чаще их используют медики для определения различных вирусов, гормонов и даже уровня витаминов в крови.