KE 1/2013, s. 32: DNA-viivakoodeilla tarkkaa raaka-ainetunnistusta

DNA-viivakoodi on tietyssä genomin osassa oleva lyhyt sekvenssi, jonka perusteella lajit voidaan erottaa toisistaan vastaavasti kuin kaupalliset tuotteet omien viivakoodiensa avulla. Viivakoodialueen DNA:n emäsjärjestys on lajin sisällä enemmän tai vähemmän vakio, mutta muuntelee lajien välillä.

DNA-viivakooditiedolla on lukuisia käyttömahdollisuuksia. Biologisia lajeja määritetään monissa yhteyksissä, kuten luonnon monimuotoisuustutkimuksissa, laittomien ja uhanalaisten lajien tunnistamisessa, haitallisten tuholaislajien seurannassa sekä elintarvikkeiden ja muiden kaupallisten tuotteiden sisällön selvittämisessä.

Perinteisten ulkonäköön perustuvien morfologisten menetelmien avuksi voidaan ottaa käyttöön geneettiset menetelmät. Erilaisiin lajintunnistuksen tarpeisiin on kehitetty tehokas menetelmä, DNA-viivakoodaus (DNA barcoding) eli DNA-pohjaisten lajitunnisteiden tuottaminen.

International Barcode of Life -yhteistyöverkosto (iBOL, www.ibol.org) edistää DNA-lajitunnisteiden käyttöä kansainvälisenä standardina. Vuoden 2011 alussa joukko suomalaisia tutkijoita ja asiantuntijoita muodosti FinBOL-konsortion (www.finbol.org), joka on osa iBOL-verkostoa.

Parhaillaan rakennetaan mittavaa DNA-viivakooditietokantaa maailman eliölajistolle. Tulevaisuudessa minkä tahansa eliön tai sen osan laji voidaan selvittää vertaamalla sen DNA-viivakoodia tietokantoihin. Kansainvälinen DNA-viivakoodihanke on maailman suurin genominen biodiversiteettihanke, ja sen piiriin kuuluu satoja, ellei tuhansia tutkijoita useasta kymmenestä maasta.

Standardit DNA-viivakoodialueet lajikohtaisia

Tunnisteena käytettävän DNA-alueen tulee vaihdella kohtuullisesti ja olla helposti hallittava, ts. DNA:n sekvensoinnin eli lajitunnisteen selvittämisen pitää onnistua tarpeeksi helposti ja varmasti hyvin monenlaisista näytteistä.

Kansainvälisesti sovituista geenialueista hankittu DNA-tieto muokataan tunnisteeksi siten, että kukin eliölaji saa oman ainutlaatuisen koodinsa. Eduksi on myös, jos kyseisestä genomin alueesta on eliön perimässä monta kopiota. Tällöin tutkiminen onnistuu huonolaatuisestakin näytteestä, jonka DNA voi olla osin hajonnutta. Koska mitokondrioiden ja kasvisolujen viherhiukkasten genomeista on suuri määrä kopioita kussakin solussa, niiden sisältämä DNA on ollut erityisen sopiva ehdokas viivakoodialueita etsittäessä.

Laajojen kokeiden perusteella on selvinnyt, ettei eläimille, kasveille ja sienille löydy yhtä yhteistä DNA-viivakoodialuetta. Standardoitu DNA-alue sijaitsee eläimillä mitokondrion DNA:ssa (osa CO1-geeniä), kasveilla viherhiukkasen DNA:ssa (osa rbcL- ja matK-geenejä) ja sienillä tuman genomissa (ei-koodaava ITS-alue).
Vaikka ITS-alue sijaitsee tuman genomissa, siitä on useita kopioita jokaisessa solussa. Myös muuntelunsa puolesta se soveltuu hyvin nimenomaan sienten lajintunnistukseen. Viivakoodin selvittäminen sisältää DNA:n eristämisen, viivakoodialueen monistamisen PCR-menetelmällä käyttämällä apuna alukkeita eli lyhyitä, synteettisiä DNA-pätkiä sekä monistetun alueen emäsjärjestyksen määrittämisen sekvensaattorilla.

Jatkuvasti kehittyvät sekvensointimenetelmät mahdollistavat nykyisin laajojen meta-analyysien tekemisen, ts. mittavien sekvenssiaineistojen samanaikaisen tuottamisen.

Helena Korpelainen
dosentti
helena.korpelainen(at)helsinki.fi

Maria Pietiläinen
FM
Maataloustieteiden laitos
Helsingin yliopisto
maria.pietilainen(at)helsinki.fi

*********************************************************************

DNA-viivakoodaus paljasti yrttijuomapakkausten raaka-aineet

Yrttijuomien koostumusta käsittelevään tutkimukseen valittiin kaupan hyllyltä seitsemän yrttijuomapakkausta, joista kaksi oli pakattu Suomessa, yksi Saksassa, yksi Isossa-Britanniassa ja yksi Yhdysvalloissa. Kahden pakkauksen kohdalla mainittiin suomalainen valmistuttaja, mutta pakkausmaata ei kerrottu.

Osassa pakkauksia oli useampia yrttisekoituksia pakattuna erillisiin teepusseihin. Eri sekoitusten kokonaismäärä oli 16. Jokaisesta sekoituksesta eroteltiin silmämääräisesti erinäköiset kasvinkappaleet, jolloin saatiin yhteensä 51 näytettä DNA:n eristämistä varten.

Kaikille DNA-näytteille suoritettiin rbcL-viivakoodialueen monistaminen PCR-menetelmällä ja osalle myös matK-viivakoodialueen monistaminen. Onnistuneet PCR-tuotteet sekvensoitiin viivakoodialueen tarkkaa emäsmääritystä varten. Onnistunut DNA-viivakooditieto saatiin 22 näytteestä (43 %).

Saatuja DNA-viivakoodisekvenssejä verrattiin kansainvälisen GenBank-tietokannan sekvensseihin, jolloin saatiin selville jokaisen näytteen ”identiteetti”. Vertailussa määritettiin seuraavat 12 eri kasvia (ainesosaa): fenkoli, inkivääri, kamomilla, laventeli, mate, minttu, nokkonen, omena, revonhäntä, ruusunmarja, sitrushedelmä ja sitruunaruho. Osalla näytteistä oli identtinen DNA-viivakoodi, ts. ne edustivat samaa kasvilajia.

Tuotetietojen mukaan yrttijuomasekoituksissa oli lisäksi 14 muuta ainesosaa: ananas, ginseng, honeybush, jasmiini, kaakao, kamelia, kaneli, lakritsijuuri, lapacho, lehmuksenkukka, malva, orapihlaja, sitruunamelissa ja vadelma. Oli yllättävää, että yhden Suomessa pakatun yrttisekoituksen joukosta löytyi kahta kasvia, minttua ja revonhäntää, joita ei pakkaustietojen mukaan olisi pitänyt olla tuotteessa.

Tarkempi erinäköisten kasvinkappaleiden erottelu DNA:n eristämistä varten sekä DNA:n eristysmenetelmän ja PCR-monistusreaktioiden optimointi ja toistojen lisääminen olisivat todennäköisesti lisänneet onnistuneiden viivakoodimääritysten osuutta. Siitä huolimatta tämä suppea koe osoitti DNA-viivakoodien käyttökelpoisuuden elintarvikkeiden sisällön määrittämisessä.

Vastaavaa menetelmää on käytetty Yhdysvalloissa. Ravintoloissa tarjoiltavan sushin joukosta löydettiin useita tapauksia, joissa kala oli eri lajia kuin sen sanottiin olevan.

Menetelmän käyttö yleistyy elintarvikealalla

Dosentti Helena Korpelaisen mukaan DNA-viivakoodaus yleistyy lähivuosina.
? Ehkä noin viiden vuoden päästä on jo erityislaitteita, jotka määrittävät käytännössä välittömästi lajin, hän tarkentaa.

Tällä hetkellä DNA-viivakoodausta sovelletaan yleisesti biodiversiteettitutkimuksissa kehittyneissä maissa sekä paljon myös esimerkiksi Kiinassa. Elintarvikealan sovellukset ovat vielä marginaalisia, mutta yleistymässä.

? Potentiaalisimmat käyttökohteet elintarvikealalla ovat luontaistuotteet, lääkekasvit ja seafood. DNA-viivakoodien avulla määritetään paikoin varsin yleisesti seafood-tuotteiden lajeja. Testeissä arviolta 20?50 % niistä oli väärin ilmoitettuja. Viivakoodeja on käytetty myös luontaistuotteiden määrittämiseen. Esimerkiksi kanadalaisen tutkimuksen mukaan virheellisiä ilmoituksia oli 19 %. Pienimuotoista testausta on tehty myös Kosher-ruuan puhtauden selvittämiseksi, Helena Korpelainen kertoo.