biologia_dna

Kody kreskowe DNA – auto ID w przyrodzie?

Kody kreskowe pozwalają na unikalne oznaczenie i identyfikację danego produktu i zawierają informację na temat jego pochodzenia oraz innych charakterystycznych cech, pozwalających na rozróżnienie go wśród wielu innych, na pierwszy rzut oka bardzo podobnych.
Niecałe 15 lat temu biolodzy wpadli na pomysł wykorzystania podobnego systemu kodowania pozwalającego na szybką i bezbłędną identyfikację organizmów żyjących na ziemi, wykorzystując do tego tzw. kody kreskowe DNA.

Jednak najpierw w skrócie kilka słów o samym DNA. Jest to nośnik o wszystkich cechach wrodzonych oraz potencjalnych cechach nabytych wszystkich organizmów żywych, oraz tych, które wykazują pewne symptomy życia (np. priony lub wirusy). Jest to kwas organiczny, podwójna helisa zbudowana z sekwencji cegiełek, tzw. nukleotydów (wł. dezoksyrybonukleotydy), czy też zasad azotowych (adenina-A, cytozyna-C, tymina-T, guanina-G) połączonych z cząsteczką cukrową- deoksyrybozy. Powielenie unikalnej sekwencji umożliwia przekazanie zakodowanej informacji w trakcie podziału komórek, a także podczas rozmnażanie wszystkich gatunków.

Kolejność ułożenia nukleotydów w podwójnej helisie jest charakterystyczna dla danego gatunku, a jego analiza umożliwia jego identyfikację.
Te unikalne dla wszystkich gatunków sekwencje obecne w podwójnym łańcuchu DNA wykorzystali naukowcy do pracowania szybkiej i bezbłędnej metody identyfikacji obecności szczątków danego organizmu w próbce. Zatem metoda ta jest niezwykle przydatna w badaniach nad nowymi gatunkami (umożliwia rozróżnienie nowych gatunków od np. różnie wyglądających stadiów larwalnych tego samego gatunku). Może służyć również jako jedno z narzędzi monitoringu handlu zagrożonymi gatunkami-dzięki analizie DNA w wyrobach odzwierzęcych można potwierdzić, że dany wyrób został wykonany nielegalnie, np. z rogu nosorożca-gatunku najbardziej zagrożonego wyginięciem. Metoda ta została wykorzystana do identyfikacji obecności mięsa chronionych gatunków wielorybów serwowanego w restauracjach sushi. Również przemysł spożywczy może szeroko korzystać z kodów kreskowych DNA np. w celu potwierdzenia jakości wyrobu. Znane są przypadki stwierdzenia innego gatunku ryby niż deklarowany w produktach spożywczych dostępnych dla konsumentów. Badania z 2013 r w USA wykazały, że produkty rybne w 30% były błędnie etykietowane, a co za tym idzie, wprowadzały w błąd konsumentów (również w przypadku ceny).

W celu stworzenia unikalnego dla danego gatunku kodu kreskowego DNA używa się materiału genetycznego pochodzącego z mitochondriów (mtDNA) pochodzącego z organellum komórkowego służącego wytwarzaniu energii w komórkach zwierzęcych, czy też DNA z chloroplastów (synteza glukozy, czyli podstawowej substancji energetycznej dla większości organizmów żywych oraz tlenu z co2 i wody pod wpływem energii słonecznej) w komórkach roślinnych.
W praktyce barcoding DNA polega na powieleniu i syntezie krótkiego fragmentu DNA charakterystycznego dla danego gatunku z wyizolowanego DNA z próbki. Powielenie odbywa się w trakcie reakcji PCR, czyli procesie odwzorowującym naturalny proces syntezy DNA w komórkach organizmów żywych i strukturach nieożywionych. Następnie taki powielony fragment poddaje się sekwencjonowaniu, czyli analizie składu chemicznego (kolejności nukleotydów) i porównując z dostępnymi w bibliotece genetycznych kodów kreskowych, można określić do jakiego królestwa, rodziny, rodzaju a na koniec gatunku DNA z badanej próbki należy. Porównanie i przyporządkowanie sekwencji odbywa się narzędziami bioinformatycznymi, które są ogólnie dostępne w Internecie.

Zatem w opisanej metodzie kod paskowy z różnymi grubościami i kolejnością pasków zastępują określone sekwencje cegiełek kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) a funkcje skanera kodów kreskowych pełni reakcja powielenia, a następnie porównania kolejności ich występowania oraz przyporządkowanie jej do określonego gatunku przez program bioinformatyczny.
Warto w tym miejscu wspomnieć, że każda zebra ma charakterystyczny układ pasków, co również jest determinowane przez określoną sekwencję w DNA osobnika, jednak można stworzyć odpowiednie sekwencje kodów kreskowych DNA, które na podstawie kolejności nukelotydów we fragmencie odpowiedzialnych za układ pasków, mogą potwierdzić przynależność rodową poszczególnych osobników. I jeszcze jeden fakt-badania dowiodły, że zebry są tak naprawdę czarne w białe paski, a nie na odwrót ?a im bardziej gorący region, w którym osobniki występują, tym więcej białych pasków tworzy umaszczenie zwierząt.

 

W pisaniu tego artykułu korzystałam z publikacji mgr Marty Czernik: doktorantki Zakładu Zoologii Kręgowców Instytutu Biologii Uniwersytetu w Białymstoku.

 

Autorką artykułu jest Wiktoria Kasprzyk z zespołu PDAserwis.