Bloger Franc, ki vestno piše MikroB(io)log, me je pred časom opozoril na članek, ki se mi je res zdel zanimiv, zato sem mu obljubil, da ga bom predstavil v Novih biologijah. Točno dva tedna nazaj je v reviji PNAS izšel kratek članek z 52 avtorji - kar že samo po sebi nakazuje, da gre za pomembno zadevo. In res - čeprav morda metodološko gledano ne gre za uporabo neke nove tehnologije ali za povsem nov pristop, je sporočilo članka jasno in daljnosežno. Avtorji, ki sestavljajo mednarodni konzorcij CBoL (konzorcij za črtno kodo življenja), sodelujejo že štiri leta, osnovni cilj raziskav pa je določiti tista zaporedja na ravni DNA, ki so med posameznimi vrstami tako različna, da bi lahko samo na osnovi teh nukleotidnih zaporedij ločili vrste med seboj.
Praktično to pomeni, da bi lahko neko vrsto živega bitja določili samo na osnovi nekaj miligramov tkiva (ali, teoretično, ene same celice). Izolirali bi DNA, nato pa bi pomnožili točno določeno regijo, ki naj ne bi bila daljša od 1000 nukleotidov (to je trenutno meja sorazmerno zanesljivega določanja zaporedja v eni reakciji) in ki bi bila med vrstami tako različna, da bi, ko bi prebrali zaporedje, natančno vedeli, za katere vrsto živega bitja gre. Dokler razmišljamo samo o medvedih in lisicah, se zdi vse skupaj precej nepotrebno, zato pomislimo recimo na vijolice. Če se še prav spomnim, v Sloveniji raste kakšnih deset različnih vrst, ki se nekatere med seboj razlikujejo po malenkostih, ki zahtevajo natančnega poznavalca rastlinske morfologije in dobrega taksonoma. Kako bi se znašli, ko bi vas določevalni ključ spraševal, ali je ostroga ozka, priostrena, ukrivljena navzdol, so priveski čašnih listov kratki, hkrati pa so listi širokojajčasti, ter ali so plodnica in plodovi goli in prilisti stebelnih listov mnogo krajši od listnih pecljev? Težko. Tudi če točno veste, kaj vsi ti izrazi pomenijo, je pogoj, da imate pred sabo hkrati olistano cvetočo rastlino in rastlino s plodovi, sicer ne bo šlo. Včasih se boste morali vrniti na teren čez par mesecev in botanizirati naprej... Kar želijo raziskovalci v konzorciju, pa je, da iz rastline, ki niti nujno ne cveti, niti nima plodov, s standardnim postopkom izolirate DNA in jo pošljete na nezahtevno analizo. Podatke primerjate z bazo zaporedij in že veste, za katero rastlino je šlo.
Rastline so si med seboj zelo različne, zato je bilo treba poiskati tiste dele DNA, ki so si med seboj vendarle dovolj podobni, da za pomnožitev zaporedja ni potrebno dolgotrajno iskanje, kje so ta zaporedja skrita. Ugotovili so, da so taka zaporedja na kloroplastni DNA (rastline imajo razen jedrne DNA še precej krajše molekule DNA v mitohondrijih in v kloroplastih), zaporedij, ki bi lahko bila uporabna, pa so v dosedanjih analizah našli sedem. Že leta 2005 so raziskovali nekatere regije kloroplastne DNA, ki bi lahko predstavljale razločevalna zaporedja in s tem služila kot črtna koda za cvetoče rastline. V letošnjem članku pa so analizo bistveno razširili, saj govorijo o kopenskih rastlinah (vodne so na ravni DNA toliko drugačne, da izbrana zaporedja niso dala uporabnih rezultatov).
Črtna koda DNA sicer obstaja tudi za živali, temelji pa na zaporedju mitohondrijske regije CO1. Že pred 6 leti so ugotovili, da je na tak način mogoče razlikovati med živalmi, baza podatkov pa danes vključuje že skoraj 60.000 živalskih vrst. Ker je pri rastlinah mitohondrijska DNA v tej regiji zelo ohranjena, je bilo treba poiskati drugo, bolj heterogeno zaporedje. Izmed 7 predhodno evidentiranih kandidatnih zaporedij so kot standard za razlikovanje med vrstami določili dva lokusa, rbcL in matK, ki sicer ne zapisujeta za proteine. Čeprav vsi člani konzorcija niso bili enotnega mnenja, so se vseeno podpisali pod kompromisni predlog, ki bo omogočil nadaljnje delo na samo eni regiji DNA in s tem čimprejšnjo optimizacijo postopka in razvoj baze podatkov.
Pri svoji analizi so izhajali iz 907 rastlinskih vzorcev, za katere so točno vedeli, katerim vrstam pripadajo. Skupaj so imeli 445 vrst kritosemenk, 38 vrst golosemenk in 67 vrst nižjih rastlin (talofitov). Ugotovili so, da je z določitvijo nukleotidnega zaporedja obeh izbranih segmentov DNA bilo mogoče nedvoumno določiti vrsto pri 72 % vzorcev (izmed 397, pri kolikor so lahko določili zaporedje vseh 7 evidentiranih regij), preostale pa je mogoče uvrstiti v skupine, na osnovi drugih lastnosti (npr. rastišča) pa z veliko verjetnostjo lahko določimo tudi vrsto.
Na Zemlji naj bi bilo okrog 400.000 različnih vrst kopenskih rastlin, med temi je 100.000 dreves, ki jih bodo v nadaljevanju poskušali raziskati z opisano metodo bolj natančno.
S tem je vse bliže dan, ko sistematika ne bo več temeljila na anatomiji in morfologiji, pač pa bo postala domena molekularnih biologov. Ali drugače, taksonomi in ekologi bodo uporabljali predvsem molekularne metode za lažje razumevanje raznolikosti ekosistemov. To bo mogoče malo manj arhetipska biologija, zato pa bolj natančna. Taksonomija bo še dolgo pomemben predmet v okviru študija biologije, pot do nje pa ne bo več rezervirana le za botanike in zoologe, pač pa bodo o tem lahko enakopravno razpravljali tudi molekularni biologi in biokemiki.
Gotovo bo podoben pristop v prihodnje na voljo tudi za mikroorganizme, kjer pa bo delo še bolj zahtevno, saj ni tako ohranjenih, pa vendar heterogenih zaporedij kot pri mitohondrijih in kloroplastih višjih organizmov.
Ni komentarjev:
Objavite komentar