ДНК-штрихкодирование: от поддельных лекарств до древней Арктики

Новый научный метод быстрой «идентификации по отпечатку» видов с помощью ДНК используется для разоблачения поддельных растительных лекарств, изучения древней арктической жизни в вечной мерзлоте, выявления пищевых цепочек в природе и остановки сельскохозяйственных вредителей на границах.

Взрывной рост новых применений ДНК-«штрихкодирования» — идентификации видов по короткому фрагменту ДНК — станет центральной темой на встрече 450 мировых экспертов в Университете Аделаиды (Австралия) с 28 ноября по 3 декабря.

Технология уже привела к слушаниям в Конгрессе США, разоблачив повсеместное «мошенничество с рыбой» — выдав дешевую рыбу за более дорогую, например, тунца или луциана. Другие исследования в этом году выявили не указанные в составе ингредиенты в травяных чайных пакетиках.

Новые области применения:

Подмена ингредиентов в растительных лекарствах

Высокий спрос приводит к регулярной «фальсификации или подмене растительных препаратов». Например, в Малайзии мошенники обрабатывали древесину каучукового дерева хинином, чтобы придать ей горький вкус, похожий на Eurycoma longifolia — традиционное лекарство от малярии, диабета и других недугов.

Разрабатывается библиотека ДНК-штрихкодов для 1200 видов растений Малайзии, имеющих потенциальную лекарственную ценность, что в перспективе позволит создать «быстрый одноэтапный детектор» для снижения мошенничества в этой индустрии. Аналогичные библиотеки создаются для лекарственных растений ЮАР, Индии и Нигерии.

Штрихкодирование вечной мерзлоты

Анализ ДНК кернов арктической вечной мерзлоты возрастом от 10 000 до нескольких сотен тысяч лет позволил определить прошлое распространение животных и грибов и сделать выводы о сосуществовавших видах растений.

Анализ ДНК сибирской мерзлоты возрастом 15 000–30 000 лет показал, что в ледниковый период здесь была степь, поддерживавшая разнообразное сообщество млекопитающих, включая бизона, лося и редкого шерстистого носорога (его ДНК впервые найдена в отложениях мерзлоты).

Кто кого ест

Технология может определять виды, содержащиеся в желудке или помете животных, раскрывая пищевые связи. Например, исследование диеты миллионной популяции диких верблюдов Австралии, наносящей ущерб экологии, показало, что они поедают около 80% доступных видов растений в ареале обитания.

Инвазивные вредители

ДНК-штрихкодирование предлагает инструмент для получения ответа в тот же день о допуске или запрете импорта, что критически важно для экономик Австралии и Новой Зеландии. Проект QBoL (Quarantine Barcode of Life) при поддержке ЕС разрабатывает библиотеку штрихкодов для быстрой идентификации распространенных инвазивных организмов (бактерий, грибов, насекомых, нематод, вирусов, растений), которых власти хотят остановить на границах.

Дополнительные темы, которые будут обсуждаться в Аделаиде:

• Анализ крови кровососущих насекомых: Идентификация видов мух цеце, комаров, клещей и их жертв по ДНК крови в их желудке для картирования зон риска распространения малярии, лейшманиоза, болезни Лайма и других заболеваний. Ставится цель создать библиотеку из 10 000 видов таких насекомых.
• «Немо и друзья»: Ежегодная международная торговля декоративными рыбами (более 1 млрд особей, 4000 пресноводных и 1400 морских видов) — это индустрия с оборотом $5 млрд. ДНК-идентификация может помочь сделать торговлю устойчивой.
• Грибы: Ожидается объявление о выборе стандартного региона для штрихкодирования грибов, что откроет новые возможности для исследований. Цель — создать библиотеку как минимум из 10 000 видов грибов к 2015 году, особенно для видов, вызывающих проблемы со здоровьем у людей, и патогенов сельского и лесного хозяйства.
• Насекомые-опылители: Создание библиотек штрихкодов для всех пчел и других важных опылителей (мух, жуков) для оценки долгосрочных тенденций популяций и состояния сообществ опылителей во всем мире.
• Оценка качества воды: Традиционный анализ тысяч беспозвоночных для оценки качества воды занимает месяцы и стоит тысячи долларов. ДНК-штрихкодирование позволяет анализировать массовые пробы за доли времени и стоимости. Подобные проекты ведутся в Южной Калифорнии, Корее, Ираке, Бельгии и регионе Балтийского моря.

Глобальный «блиц» по штрихкодированию

Ученые стремятся создать международную библиотеку штрихкодов для 500 000 видов растений, животных и грибов в течение пяти лет. Barcode of Life Database уже включает более 167 000 надежно названных и предварительных видов. Бабочки и мотыльки — самая большая хорошо изученная группа (более 60 000 видов).

Источниками для штрихкодирования становятся мировые музеи и гербарии. Например:

• За 10 недель в Австралийской национальной коллекции насекомых было обработано более 28 000 образцов бабочек и мотыльков, представляющих более 8000 видов.
• В Национальном музее естественной истории Смитсоновского института было отштрихкодировано более 3000 замороженных тканей птиц, добавив более 500 новых видов в мировую библиотеку ДНК птиц (покрыто около 40% известных видов).

Новые методы экстракции ДНК позволяют работать со все более старыми музейными образцами, открывая новые возможности для исследования изменений видов за последние столетия под влиянием человека.