ברקודי DNA – ספירת מלאי של הצומח והחי על כדור הארץ

ברקודים של DNA לעולם הצומח והחי

שוו בנפשכם שאתם הולכים ולפתע רואים פרח יפה. יופיו וריחו מענגים אתכם אבל השם של הפרח חמק בזיכרונכם. אין כל בעיה. בחטף יש בידכם סורק ידני, בערך הגודל של טלפון נייד ואתם נוטלים קטע קטנטן של העלה אל תוך הרכיב. כמה שניות אחר כך, והקורא של המכשיר אומר לכם שאתם מביטים על סחלב. מרוצים מהמידע אתם ממשיכים בדרככם. 

נשמע הזוי במידת מה? זהו שזה בכלל לא מרוחק מאיתנו. מדענים זה עתה אוספים ברקודי DNA עבור כל מין של צמח וחי על הפלנטה שלנו. המינים יזוהו על ידי שינויים בגנים המסוימים.

לא יעבור זמן רב בטרם כולם – החל במומחים וכלה בחובבנים – יהיו מסוגלים לסרוק את עולם הצומח והחי כאילו הם היו בודקים מצרכים בסופרמרקט, לבדוק ולוודא את זהותם.

ישנו מגוון רחב של שימושים לברקוד DNA. רכיב כזה של סריקה יאפשר לנו לסרוק דגה אצל מוכר הדגים וזאת כדי לבדוק האם שמו על הדגים את התוויות הנכונות. המכשיר יאפשר לנו לבדוק בדיוק מה מצוי בתוך מרק הירקות שלנו. כמוכן נוכל לאמת האם רהיט מעץ מסוים באמת בא מיער מחודש פי שהסוחר טוען.מכשיר הסריקה החדש גם יסייע במדע פורנזי (משפטי).

Science intends to tag all life

Zebra against a barcode (Tim Flach/Getty)
Science is engaged in a huge stocktaking exercise
ניתן יהיה בזהירות לזהות את אבקת הפרחים על החשוד, לקשרו למיקום מסוים. המכשיר יכול לסייע לפקידי מכס, במאמציהם למנוע ממזיקים נשאי מחלות מלעבור את הגבולות בין מדינות. גם לפקחי סביבה במאמציהם לוודא את איכות המים המכשיר יועיל– הם זקוקים לוודא אילו מיקרובים מסתתרים בדוגמית מסוימת.
היה זה פרופ’ פול הברט, ביולוג מאוניברסיטת גאולף אשר בקנדה שהגה את הרעיון לברקוד של עולם הטבע:
 DNA barcoding.
בעודו מסתובב לו במעברי הסופרמרקט הוא תהה לתומו האם ניתן להשתמש בשיטת הברקוד של הקווים השחורים, הדקים והעבים שמרכיבים את מערכת הברקוד של המצרכים, כדי לתעד את מיליוני הזנים שקיימים על כדור הארץ באמצעות הדנ”א שלהם?
ראשית עלינו לשאול: כמה מינים חיים על כדור הארץ? לפני 250 שנה השוודי קרל לינאוס ב-1758 יסד את מדע הטקסונומיה (בביולוגיה-תורת המיון, מיון אורגניזמים), שמבוסס על מאפיינים פיזיקאליים והתנהגותיים. עד היום מדענים מיינו בערך 1.7 מיליון אורגניזמים, חלק קטן מסך כל המינים, שהוערכו כבערך בין 5 ל-30 מיליון. 
הבעיה במדע הטקסונומיה היא שמינים רבים של אותו יצור נראים בדיוק זהים. רק מומחה שבילה במשך שנים רבות בבחינת קבוצה מסוימת של אותו יצור יכול להבחין בין האחד לשני. ואפילו המומחים יכולים למעוד. הבעיה הבאה היא ההכחדה של זני יצורים חיים וצמחים. ולכן הרעיון של הברט הוא למצוא חתיכת דנ”א שתחשוף את הזהות של המינים מבלי לפענח את הקוד הגנטי כולו.

הברט כותב שהרכיב יכול לגלות את רצף חומצות הבסיס בקטע הברקוד. ידע זה מיד ישויך לבסיס נתונים שיהיה מעין מערכת יחוס, ספריה ציבורית של ברקודים. כל אחד, בכל מקום יכול כך לזהות זנים בטבע:

Bar Code of Life: DNA Tags Help Classify Animals

Inspired by commercial bar codes, DNA tags could provide a quick, inexpensive way to identify species

By Mark Y. Stoeckle and Paul D. N. Hebert 

הברט מדמה “קורא ברקוד DNA” זהה לסורקים אשר במרכולים. כאשר הוא מפרט את הרעיון שלו בגיליון הנוכחי של: Scientific American במאמר שלמעלה. 

כדי ליצור את הברקוד, הברט הציע את השימוש ב-DNA מיטוכונדריאלי, מהיחידות שיוצרות אנרגיה ומצויות בכל התאים. הוא בחר בגן שמוביל לאנזים שידוע בשם CO1 (צי טוכרום c אוקסידז תת יחידה 1). גן זה הוא קטן יחסית כדי שהוא קטן מספיק כך שניתן יהיה במהירות ובקלות לפענחו, על ידי קריאת 648 הזוגות הראשונים של חומצות הגרעין שיוצרות את “האותיות” של קוד ה-DNA שלו, אבל יש לו מספיק וריאציה כדי שיהיה מסוגל להבחין בין מרבית מיני החיות. לנו למשל יש גרסאות שונות של CO1, אבל עדיין לכולנו בני האנוש יש CO1 זהה מספיק כדי להראות שאנחנו בני אנוש ולא שימפנזות.

בשנת 2003 הברט וקבוצתו פרסמו את תוצאותיהם הראשונות. הם הראו שמערכת הברקוד יכלה לזהות את הקבוצה שממנה החיה באה (למשל, האם היא בעלת חוליות, תולעת או חרק) ואפילו את המינים כאשר הם היו מיוצגים בספרית הברקוד.חלפו חמש שנות עבודה נוספות, והתוצאות מראות שחיות ניתנות עתה לזיהוי על ידי הברקוד שלהן ב-98 אחוז מהמקרים.

השיטה אפילו סייעה למדע הטקסונומיה. זחלים של פרפר טרופי שלראשונה אובחנו כזן אחד בשנת 1755 וכולם נראים זהים לחלוטין ולכן חוקרים הניחו שהם שייכים לאותו זן, תוך שימוש בשיטת הברקוד, הם התגלו כשייכים לעשרה סוגי זנים.

כמובן שערכה של השיטה תלוי בספרית הייחוס של ברקודי ה- DNA (CO1) של הזנים המבוססים. ישנה מערכת נתונים של הברקוד, שהיא שיתוף פעולה בין 150 מכונים מ-45 ארצות. כיום יש יותר מ-500,000 רשומות מ-50,000 זנים. האיחוד מקווה להעלות על הברקוד את ציפורי העולם עד 2011. מעריכים שמתוך 10,000 זני הציפורים של העולם, ברקוד ה-DNA יכיל לפחות 1000 ציפורים.

לנוכח ההצלחה בעולם החי, יצירת ברקוד DNA לעולם הצמחים היא בעייתית יותר מאשר יצירת ברקודי DNA לעולם החי. למרות שלצמחים יש מיטוכונדריה, הגנום הצמחי התפתח בשונה למדי מזה של העולם החי, ולא ניתן להשתמש בגני CO1 כדי להבחין בין זנים. בנוסף הרבה מיני צמחים מתערבבים וכך מטשטשים הגבולות הגנטיים. לכן נדרשת שיטת ברקוד DNA אלטרנטיבית לצמחים. ואכן כבר הוצעו כאלה שיטות.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s