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小型鯨類のブローマイクロバイオームをサンプリングするための無人航空機（UAV）の使用
The use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) to sample the blow microbiome of small cetaceans.
PMID: 32614926 PMCID: PMC7332044. DOI: 10.1371/journal.pone.0235537.
抄録
最近の研究では、呼気中の微生物やウイルス群集を分析するために大型クジラからブローサンプルを採取する際にUAVを使用したことが報告されている。残念ながら、小型鯨類からのブロー採取の試みは、小型鯨類の泳ぎや潜水行動のために成功していない。これらの限界を克服するために、本研究では、小型鯨類の呼気とその呼吸器マイクロバイオームを分析するために、UAVに取り付けられた特殊なサンプリングツールを適用することを検討した。サンプリングツールを設置するための予備的な試験は、ジェノバの水族館に収容されている人間の世話をしている6頭のボトルノーズ・イルカ（Tursiops truncatus）のグループを対象に実施した。同じサンプリングキットを，防水UAVに組み立てられた2メートルのロープで吊り下げ，動物の上空3メートルを飛行させて，アンブラシア湾（ギリシャ）の野生のボトルノーズ・イルカ5頭とティレニア海南部（イタリア）のマッコウクジラ（Physeter macrocephalus）の打撃をサンプリングするために使用し，この実験的な組み立てが大型クジラのサンプリングにも機能するかどうかを調査した。ブロー関連微生物と海水微生物を区別するために、ブローサンプルの採集が行われた同じ地域の海水サンプル5点をプールした。呼吸器系微生物は、16S rRNA遺伝子のV3-V4領域を用いて、Illumina Amplicon Sequencingを用いて評価した。プールされた水サンプルは、野生動物およびヒトの飼育下で維持されたシークエンシングされたイルカの両方のブローサンプルよりも多くの細菌分類群を含んでいた。細菌群集の組成は、水サンプルと野生の鯨類のブローサンプルと人間の飼育下のものとの間で異なっていたが、これらの違いは海水と水族館の水との間で異なる微生物群集によって媒介されている可能性がある。マッコウクジラの呼吸器マイクロバイオームは、野生のボトルノーズイルカから得られた結果とより類似していた。本研究で使用したサンプル数は限られており、サンプリングと分析にはいくつかの制限がありましたが、海水サンプルとブローサンプルの間に明らかな微生物の違いがあることが示されているように、本研究の結果はむしろ心強いものとなっています。ドローンを使用して小型鯨類から呼気を採取することは、論理的にも技術的にも困難なプロセスである。先行研究と比較して、本研究で小型鯨類のブローからサンプルを得ることに成功したのは、サンプリングキットがドローンから吊るされている距離があるためである可能性が高く、ドローンのプロペラの乱流がブローのサンプリングの成功を妨げる可能性が低くなった。
Recent studies describe the use of UAVs in collecting blow samples from large whales to analyze the microbial and viral community in exhaled air. Unfortunately, attempts to collect blow from small cetaceans have not been successful due to their swimming and diving behavior. In order to overcome these limitations, in this study we investigated the application of a specific sampling tool attached to a UAV to analyze the blow from small cetaceans and their respiratory microbiome. Preliminary trials to set up the sampling tool were conducted on a group of 6 bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) under human care, housed at Acquario di Genova, with approximately 1 meter distance between the blowing animal and the tool to obtain suitable samples. The same sampling kit, suspended via a 2 meter rope assembled on a waterproof UAV, flying 3 meters above the animals, was used to sample the blows of 5 wild bottlenose dolphins in the Gulf of Ambracia (Greece) and a sperm whale (Physeter macrocephalus) in the southern Tyrrhenian Sea (Italy), to investigate whether this experimental assembly also works for large whale sampling. In order to distinguish between blow-associated microbes and seawater microbes, we pooled 5 seawater samples from the same area where blow samples' collection were carried out. The the respiratory microbiota was assessed by using the V3-V4 region of the 16S rRNA gene via Illumina Amplicon Sequencing. The pooled water samples contained more bacterial taxa than the blow samples of both wild animals and the sequenced dolphin maintained under human care. The composition of the bacterial community differed between the water samples and between the blow samples of wild cetaceans and that under human care, but these differences may have been mediated by different microbial communities between seawater and aquarium water. The sperm whale's respiratory microbiome was more similar to the results obtained from wild bottlenose dolphins. Although the number of samples used in this study was limited and sampling and analyses were impaired by several limitations, the results are rather encouraging, as shown by the evident microbial differences between seawater and blow samples, confirmed also by the meta-analysis carried out comparing our results with those obtained in previous studies. Collecting exhaled air from small cetaceans using drones is a challenging process, both logistically and technically. The success in obtaining samples from small cetacean blow in this study in comparison to previous studies is likely due to the distance the sampling kit is suspended from the drone, which reduced the likelihood that the turbulence of the drone propeller interfered with successfully sampling blow, suggested as a factor leading to poor success in previous studies.