DNA barkóding

 

Čo to vlastne je a načo je to dobré?

Nedávne odhady naznačujú, že na Zemi žije okolo 9 miliónov druhov. Doteraz sú však vedecky opísané a katalogizované necelé dva milióny z nich. Napriek tomu, že taxonómia (klasifikácia a opis) všetkého živého okolo nás má 250-ročnú históriu, predpokladá sa, že až 80 % druhov existujúcich na Zemi stále čaká na svoje objavenie. Skúsený špecialista dokáže spoľahlivo identifikovať 1000 – 2000 druhov, a teda na opis vyššie uvedeného odhadu biodiverzity by v ideálnom prípade bolo potrebných okolo 9 000 odborníkov. 

Biodiverzita.SK

Celosvetovo sa však taxonómii venuje len približne 4 000 – 6 000 vedcov a ich počet, bohužiaľ, neustále klesá. Samotní taxonómovia tak v dnešnej uponáhľanej dobe môžu byť považovaní za „ohrozený druh“. Je teda celkom zjavné, že potrebujeme rýchlejšie a efektívnejšie metódy spoznávania, odhaľovania a opisu celosvetovej biodiverzity.

Vďaka svojej geografickej polohe a rozmanitým podmienkam prírodného prostredia je Slovensko jedným z centier európskej biodiverzity a netýka sa to len bioty vodných ekosystémov.

Výskyt množstva (vodných) druhov na našom území je možný vďaka rôznorodým klimatickým podmienkam, ktoré sa výrazne menia od teplejšej Panónskej nížiny až k vysokohorskému podnebiu Vysokých Tatier. Biodiverzitu podporuje veľká pestrosť vodných biotopov od vysokohorských jazier a prameňov až po pomalé, nížinné rieky a rybníky a, samozrejme, prítomnosť množstva menších, špecifických habitatov. Aj preto sa u nás (zatiaľ) vyskytuje viacero vzácnych, endemických a ohrozených druhov, ktoré potrebujú našu starostlivosť a ochranu.

Vodné ekosystémy

Vodné ekosystémy sú už dlhodobo pod neustálym a narastajúcim tlakom a mnohé krajiny sa už dnes začínajú potýkať s nedostatkom vodných zdrojov. V dôsledku zmien klímy je hrozba sucha stále aktuálnejšia, pričom tieto negatívne zmeny ovplyvňujú široké spektrum oblastí našej existencie (poľnohospodárstvo, priemysel, výživa, doprava, turizmus, atď.). Udržateľné využívanie a zachovanie sladkovodných ekosystémov pre ďalšie generácie je preto v súčasnosti jednou z najväčších priorít a výziev nielen u nás, ale v podstate na celom svete. Ochrana vôd sa stala prioritným cieľom aj v EU, pričom sa, okrem samotnej ochrany zdrojov vody, kladie dôraz na ich trvalo udržateľné využívanie, zachovanie hydroekologických potrieb krajiny a zachovanie ekosystémových služieb vodných ekosystémov. Pre dosiahnutie týchto cieľov je však v prvom rade nevyhnutné zachovať a chrániť biodiverzitu vo vodách, pretože práve tá zabezpečuje fungovanie ekosystémov.

Sladkovodné ekosystémy tvoria len nepatrný podiel objemu vody na zemskom povrchu a pokrývajú len približne 2 % jeho plochy. Napriek tomu sa odhaduje, že sú domovom až 10 % celosvetovej biodiverzity. Bohužiaľ sú však aj najohrozenejším typom ekosystémov a sladkovodné druhy sú považované za najviac ohrozenú skupinu bioty Zeme. Aj preto je nesmierne dôležité spoznať ich pestrosť, aby sme ich mohli efektívne chrániť.

DNA barkóding

Identifikácia biologických vzoriek môže byť zložitá. Mnohé druhy vyzerajú tak podobne, že ich dokáže identifikovať len zopár odborníkov s dlhoročnou praxou. Ani takíto skúsení experti však niekedy nedokážu identifikovať všetko. Problémom sú najčastejšie živočíchy v nedospelom štádiu či poškodené jedince. Toto sa stáva kriticky dôležitým v prípade, kedy potrebujeme vedieť presne, aké druhy reprezentujú naše vzorky. Ide napríklad o identifikáciu škodcov, alebo inváznych druhov, či analýzu pôvodu potravín, resp. produktov z ohrozených druhov.

Poskytnúť “ne-odborníkom” z radov študentov, učiteľov, ochranárov, kompetentných úradníkov a širokej verejnosti jednoduchý nástroj na presnú, rýchlu a spoľahlivú identifikáciu druhov by odborníkom poskytlo prístup k úžasnému množstvu dôležitých biologických poznatkov, čo by výrazne zmenilo našu schopnosť chápať a chrániť biologickú diverzitu.

Podobne, ako sú produkty v obchodoch označené jedinečnými čiarovými kódmi tvorenými čiarami rôznych hrúbok v rôznych sekvenciách, DNA čiarový kód – “barkód” (z angličtiny “DNA barcode”) predstavuje sekvenciu nukleotidových báz vo vybranom DNA fragmente. Sekvencie tohto fragmentu sú druhovo špecifické, takže DNA barkódy môžu byť tiež považované aj za akési “odtlačky prstov” jednotlivých druhov. Získavanie týchto dát – DNA barkóding – nám umožňuje presne identifikovať neznáme vzorky bez ohľadu na pohlavie, vývojové štádium jedinca a časti tela, ktoré máme k dispozícii. Z izolovanej DNA sa amplifikuje (namnoží) špecifiká časť (barkódingový marker), osekvenuje sa a zistená sekvencia nukleotidov sa porovná s údajmi v referenčnej databáze.

Využitie barkódingu

Možnosti využitia DNA barkódingu spočívajú predovšetkým v presnej a efektívnej determinácii (určení) biologických vzoriek, a to bez ohľadu na ich zachovanie (poškodené jedince, časti jedincov), vývinové štádium (larvy, vajíčka), či predchádzajúce skúsenosti s určovaním. S ohľadom na potenciál tejto metódy je spektrum jej využitia skutočne široké:

  • štúdium biodiverzity – pomocou DNA barkódov je možné zisťovať presné druhové zloženie biologických vzoriek, zloženie spoločenstiev, odhaľovanie kryptickej diverzity, atď.
  • monitoring – keďže analýza druhového spektra je pomocou DNA barkódingu/metabarkódingu rýchlejšia, presnejšia a efektívnejšia, poskytuje silný nástroj pre skvalitnenie rutinného monitorovania ekologického stavu (napr. v súvislosti s Rámcovou smernicou EU o vode)
  • sledovanie inváznych druhov – invázne druhy sú významnou hrozbou pre pôvodnú faunu a flóru, zmeny v druhovom zložení môžu ohroziť fungovanie, a tým aj zachovanie akvatických ekosystémov. DNA barkóding a metabarkóding sú metódy, ktoré sú schopné zaznamenať prítomnosť nepôvodných a inváznych druhov podstatne skôr, ako konvenčné metódy a tým urýchliť reakciu na zistené zmeny
  • detekcia patogénov – analýza environmentálnych vzoriek (voda, pôda…) pomocou molekulárnych markerov môže zachytiť prítomnosť patogénov, ako sú napr. baktérie, prvoky aj bez špecifických testov zameraných na ich detekciu a včas varovať pred rizikom nákazy
  • detekcia zriedkavých, vzácnych druhov – o prítomnosti zriedkavých a vzácnych druhov v prostredí častokrát ani nevieme, ale barkódingové analýzy ich dokážu zachytiť aj bez fyzického kontaktu s konkrétnymi jedincami. To umožňuje včas chrániť biotopy a zachrániť druhy, o ktorých sme si mysleli, že sa u nás už nevyskytujú.

Autori fotografií: Matej Žiak, Fedor Čiampor, Zuzana Čiamporová-Zaťovičová, Tomáš Čejka

Zapojte sa!