Τι είναι;
Οι περισσότεροι από εμάς είμαστε εξοικειωμένοι με τους βιομηχανικούς γραμμωτούς κώδικες ως μοναδικά αναγνωριστικά για εμπορικά προϊόντα. Παρόμοια με αυτούς τους βιομηχανικούς γραμμωτούς κώδικες, τα μικρά τμήματα γονιδίων – γνωστά ως γραμμωτοί κώδικες DNA – είναι μοναδικά για κάθε είδος. Ο γραμμωτός κώδικας DNA έχει αναδειχθεί σε παγκόσμιο πρότυπο για τη γρήγορη και αξιόπιστη γενετική ταυτοποίηση ειδών ζώων, φυτών και μυκήτων.
Μια σύντομη αλληλουχία DNA ενός συγκεκριμένου γονιδίου, όπως για παράδειγμα το μιτοχονδριακό γονίδιο COI, επιτρέπει την ταυτοποίηση όλων των ζωικών ειδών (π.χ. πτηνά, πεταλούδες, ψάρια, μύγες κλπ). Η ταυτοποίηση των ειδών των χερσαίων φυτών είναι δυνατή χάρη στο συνδυασμό δύο διαφορετικών περιοχών χλωροπλαστικών γονιδίων. Τα είδη των μυκήτων μπορούν να προσδιοριστούν από την περιοχή ITS. Ο απώτερος στόχος της γραμμωτής κωδικοποίησης DNA είναι η δημιουργία μιας δημόσια προσβάσιμης βάσης δεδομένων αναφοράς με αλληλουχίες γραμμωτών κωδικών DNA για συγκεκριμένα είδη. Η γραμμωτή κωδικοποίηση DNA είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για τον προσδιορισμό ομάδων πλούσιων σε είδη, κρυπτικών συμπλεγμάτων ειδών, συγκεκριμένων σταδίων ανάπτυξης (π.χ. σπόρια, αυγά ή προνύμφες), ακόμη και τμημάτων και θραυσμάτων οργανισμών (π.χ. πόδι μύγας, ρίζα φυτού, υφές ή τρίχες μυκήτων). Μια καθιερωμένη βιβλιοθήκη αναφοράς γραμμωτού κώδικα DNA προσφέρει ακόμη και σε μη ειδικούς ένα γρήγορο, αξιόπιστο και οικονομικά αποδοτικό εργαλείο για την ταυτοποίηση ειδών με διάφορες εφαρμογές.
Τα ακόλουθα βήματα είναι απαραίτητα για τη δημιουργία μιας βάσης δεδομένων γραμμωτού κώδικα DNA:
- Οι επιστήμονες προμηθεύονται τα δείγματά τους από διάφορες πηγές: Ιδιωτικές συλλογές ερασιτεχνών ταξινομολόγων και συλλογές μουσείων (π.χ. μουσεία φυσικής ιστορίας, ζωολογικούς κήπους, βοτανικούς κήπους και τράπεζες σπόρων). Τα μουσειακά δείγματα ελέγχονται προσεκτικά ως προς την ποιότητα του DNA τους, ώστε να διασφαλίζεται η αξιόπιστη γραμμωτή κωδικοποίηση DNA. Φρέσκο υλικό που συλλέγεται στο πεδίο από πολίτες επιστήμονες. Οι επαγγελματίες ταξινομιστές του GrBOL εξαρτώνται από την ενθουσιώδη και ενεργή υποστήριξη των εξειδικευμένων επιστημόνων πολιτών. Αυτοί συμβάλλουν σημαντικά στη συλλογή, την κατάλληλη διατήρηση και την ταυτοποίηση οργανισμών για τη γραμμωτή κωδικοποίηση DNA.
- Για κάθε δείγμα, καταγράφονται ταξινομική ταυτοποίηση και δεδομένα συλλογής (π.χ. θέση και ημερομηνία δειγματοληψίας, γεωγραφικές συντεταγμένες, μέθοδος συλλογής, όνομα συλλέκτη κλπ.
- Οι οργανισμοί φωτογραφίζονται στο φυσικό τους περιβάλλον και στο εργαστήριο.
- Τα στοιχεία φυλάσσονται στις συλλογές των αντίστοιχων ιδρυμάτων του GrBol.
- Στο εργαστήριο οι τεχνικοί απομονώνουν ένα μικρό κομμάτι ιστού από κάθε δείγμα και εξάγουν DNA.
- Η περιοχή του γραμμωτού κώδικα DNA απομονώνεται και θα αναπαράγεται με μια διαδικασία που ονομάζεται ενίσχυση με PCR (αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης).
- Δημιουργείται ο γραμμωτός κώδικας DNA, ο οποίος αποτελείται από μια αλληλουχία τεσσάρων διαφορετικών γραμμάτων μήκους μερικών εκατοντάδων ζευγών βάσεων (π.χ. CAATCGGTAA). Τα γράμματα αυτά αντιπροσωπεύουν τα τέσσερα νουκλεϊκά οξέα (αδενίνη, γουανίνη, θυμίνη και κυτοσίνη) που αποτελούν το DNA.
- Οι αλληλουχίες και τα µεταδεδοµένα (δεδοµένα συλλογής, ταξινοµία, φωτογραφίες) των δειγµάτων ελέγχονται για την πληρότητα και την ποιότητά τους από επαγγελµατίες επιστήµονες του GrBOL.
- Τα δεδοµένα του GrBOL µεταφορτώνονται στη βάση δεδοµένων «Barcode of Life Data Systems» (BOLD) – µια διεθνή βιβλιοθήκη αναφοράς για τους γραµµωτούς κώδικες DNA.Το BOLD είναι ένας ηλεκτρονικός πάγκος εργασίας που διευκολύνει τη συλλογή, διαχείριση, ανάλυση και χρήση των γραµµωτών κωδικών DNA.
Γιατί DNA Barcoding;
Σύμφωνα με πρόσφατες εκτιμήσεις, υπάρχουν περίπου 8,7 εκατομμύρια είδη στη Γη. Μέχρι σήμερα, μόνο περίπου 1,7 εκατομμύρια είδη έχουν περιγραφεί και καταγραφεί επιστημονικά. Παρά τα 250 χρόνια ταξινόμησης και τα πάνω από 1,7 εκατομμύρια είδη που έχουν ήδη καταγραφεί σε μια κεντρική βάση δεδομένων, περίπου 7 εκατομμύρια (~80%) των υπαρχόντων ειδών στη Γη εξακολουθούν να παραμένουν χωρίς περιγραφή. Ένας έμπειρος ειδικός (ταξινομολόγος) μπορεί να προσδιορίσει αξιόπιστα 1000 – 2000 είδη. Κατά συνέπεια, αυτό σημαίνει ότι για την περιγραφή της προαναφερθείσας εκτίμησης της βιοποικιλότητας απαιτούνται τουλάχιστον 8.700 ειδικοί. Παγκοσμίως υπάρχουν μόνο περίπου 4000 – 6000 επαγγελματίες ταξινομιστές, ο αριθμός των οποίων μειώνεται σταθερά και τα όρια των δυνατοτήτων παραμένουν ως έχουν. Οι ίδιοι οι ταξινομιστές μπορούν να θεωρηθούν ως «είδος υπό εξαφάνιση». Επιπλέον, ο προσδιορισμός των ειδών με τη χρήση μορφολογικών χαρακτηριστικών είναι αρκετά χρονοβόρος και δαπανηρός.
Η ραγδαία εξέλιξη της εξαφάνισης των ειδών και η κλιματική αλλαγή συνιστούν παγκόσμιο αίτημα τη διατήρηση της βιοποικιλότητας και καθιστούν την καθιέρωση ενός γρήγορου, αξιόπιστου και οικονομικά αποδοτικού προσδιορισμού ειδών παγκόσμια ανάγκη. Απαιτείται επειγόντως μια παγκόσμια αξιολόγηση της βιοποικιλότητας για την εφαρμογή κατάλληλων μέτρων για την προστασία της φύσης. Το έργο του GrBOL υλοποιεί αυτό το παγκόσμιο όραμα σε εθνικό επίπεδο. O GrBOL θα δημιουργήσει την πρώτη ολοκληρωμένη γενετική βιβλιοθήκη της βιοποικιλότητας και αναπτύσσει έτσι ένα ισχυρό σύστημα εμπειρογνωμόνων για την ταχεία ταυτοποίηση ειδών στην Ελλάδα. Με την πρωτοβουλία του GrBOL η Ελλάδα θα συμμετέχει στις συντονισμένες διεθνείς προσπάθειες για την παγκόσμια αξιολόγηση της βιοποικιλότητας
Επιφυλάξεις και ευκαιρίες
Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται παγκοσμίως μια δραστική μείωση των επαγγελματιών ταξινομιστών και μια μείωση της χρηματοδότησης της έρευνας στον τομέα της αλφαριθμητικής ταξινομίας. Έτσι, πολλοί ταξινομιστές είναι πολύ καχύποπτοι απέναντι σε οποιεσδήποτε αλλαγές, οι οποίες θα μπορούσαν ενδεχομένως να οδηγήσουν σε μειωμένη εκτίμηση του έργου τους. Η γραμμωτή κωδικοποίηση DNA είναι ένα επιτυχημένο μοντέλο με παγκόσμια διάδοση και συνεπώς αποτελεί μια πιθανή «απειλή» για ορισμένους ταξινομιστές. Δεν υπάρχει πλέον συζήτηση για την αποφυγή της γραμμωτής κωδικοποίησης DNA, δεδομένου ότι έχει ήδη γίνει μια καθιερωμένη τεχνολογία που εφαρμόζεται με επιτυχία σε 27 χώρες. Υπάρχει μια μοναδική ευκαιρία να χρησιμοποιηθούν τα αποτελέσματα της συνέργειας της γραμμωτής κωδικοποίησης DNA και της ταξινομίας για το έργο του GrBOL, προκειμένου να γίνει ένα πραγματικό άλμα στη μελλοντική έρευνα για τη βιοποικιλότητα. Για το λόγο αυτό, κρίνεται χρήσιμο να επιστήσουμε την προσοχή σε σημαντικούς πιθανούς φόβους και επιχειρήματα ορισμένων ταξινομιστών, ώστε να αρθούν οι παρεξηγήσεις και να αυξηθεί η ευαισθητοποίηση σχετικά με τις τεράστιες πιθανές εφαρμογές της γραμμωτής κωδικοποίησης DNA.