BARKODING DNA – molekularne metkowanie organizmów żywych

Z tym zadaniem radzą sobie tylko najlepsi specjaliści zajmujący się szczegółowo daną grupą organizmów i mający duże doświadczenie. W tych trudnych obszarach badań taksonomicznych pomocne okazu­ją się techniki molekularne. Ogromny postęp technologiczny w dziedzinie biologii molekularnej i bioinformatyki oraz związane z tym uproszczenie niektórych procedur sprawiły, że stały się one łatwiejsze, tańsze i bardziej dostępne w innych dziedzinach biologii. Dzięki temu zrodził się pomysł powszechnego wykorzystania różnic w sekwencji DNA w taksonomii do identyfikacji gatunków, w analogiczny sposób jak znako­wane są produkty w hipermarketach za pomo­cą kodu paskowego, czyli zrodziła się idea barkodingu DNA – stworzenia kodów paskowych DNA dla organizmów żywych. Jak widać na rycinie 1, sekwencje zestawione jedna pod drugą i dopasowane sprawiają, że poszczególne nukleotydy: A (adenina), C (cytozyna), G (guanina) i T (tymina), tworzą paski podobnie jak w kodzie paskowym. W programach komputerowych dla wygody poszczególne nukleotydy zaznaczone są różnymi kolorami: A – zielony, C – niebieski, G – fioletowy, T – czerwony, dobór kolorów zależy od programu. W styczniu 2016 r. minie 13 lat od opublikowania pierwszej pracy poświęconej idei barkodingu DNA. Jej pomysłodawcą i twórcą był profesor Paul Hebert, a jednym z założeń było stworzenie techniki standardowej w skali świata. W celu koordynowania postępu prac rozwijających metodę barkodingu DNA w maju 2004 r. powstało Consortium for the Barcode of Life (CBOL) zrzeszające liczne ośrodki naukowe z całego świata. Obecnie konsorcjum liczy ponad 2 tys. członków. 

Ryc. 1. Fragment sekwencji genu matK dla różnych gatunków oznaczonych symbolami A-E przyrównanych w programie MEGA 6.0

W taksonomii w dalszym ciągu obo­wiązuje binominalna nomenklatura stworzona przez Karola Linneusza – twórcę nowoczesnej taksonomii – oraz wypracowane w ciągu wieków reguły klasycznego opisu gatunków. Trzeba jednak podkreślić, że są to często badania bardzo czasochłonne, a w niektórych przypadkach mające także swoje ograniczenia. Dodatkowo ogromne tempo wymierania gatunków i często brak specjalistów znających dobrze poszczególne grupy organizmów spowalnia ich opisywanie i możemy po prostu nie zdążyć z ich katalogowaniem. Obecnie opisanych jest zaledwie ok. 1,7 mln gatunków z szacowanego na ok. 10 mln bogactwa gatunkowego na Ziemi. W procesie opisu nowych gatunków nie da się zastąpić pracy klasycznych taksonomów, ale biologia molekularna może przyśpieszyć i ułatwić identyfikację gatunków, tworząc katalogi genetycznych kodów paskowych, czyli barkodów DNA. Metoda barkodingu DNA opiera się na różnicach w sekwencji nukleotydów pomiędzy różnymi gatunkami. Celem barkodingu było znalezienie odpowiedniego regio­nu DNA, najlepiej jednego, którego sekwencja pozwoliłyby na odróżnienie większości gatunków żyjących na świecie. Kolejnym celem było uzyskanie sekwencji z różnych grup organizmów w celu utworzenia referencyjnej bazy danych. Zdaniem profesora Zbigniewa Mirka, uznanego botanika i systematyka roślin, barkoding DNA jest cenną inicja­tywą, która może ułatwić i znacznie przyśpieszyć badania taksonomiczne. Profesor Mirek jednocześnie podkreśla, że metoda ta nie może zastąpić klasycznych metod stosowanych dotychczas w taksonomii i systematyce, szczególnie w przypadku opisywania nowych dla wiedzy gatunków. Profesor zwraca również uwagę na konieczność współpracy biologów molekularnych stosujących barkoding DNA ze specjalistami zajmującymi się taksonomią różnych grup w celu poprawnej identyfikacji materiałów użytych do badań, co jest kluczowym etapem analizy barkodów.