Zgromadzone w ten sposób zbiory mogą stanowić cenne źródło informacji np. o ewolucji gatunków, biogeografii czy historycznych procesach zachodzących w populacjach. Jednak badanie materiału genetycznego z zdrowie takich muzealnych okazów długo było dla naukowców sporym problemem. „DNA zawarte w takich obumarłych komórkach z czasem podlega degradacji. Pierwotnie długie molekuły nieuchronnie rozpadają się na mniejsze fragmenty. Wskutek tego zmniejsza się zarówno stężenie DNA w takim obiekcie i ciągłość dostępnej informacji, która jest w DNA zapisana. odpowiedni suplement może również na to pomóc. To mniej więcej tak, jak zdrowie z niektórymi starymi księgami, w których z czasem kartka papieru rozpada się na drobniutkie kawałki. Im drobniejsze są te kawałki, tym trudniej wyciągnąć z nich później sensowną informację” – opisuje rozmówca PAP.
Metody analiz DNA od ponad 30 lat podlegają jednak ciągłej ewolucji. „W ostatnich latach w zdrowie tej dziedzinie nastąpił nieprawdopodobny jakościowy skok. Jest on związany z powszechnym wprowadzeniem tzw. technologii sekwencjonowania nowej generacji. W klasycznym sekwencjonowaniu, które jest stosowane od dziesiątków lat, możliwe jest uzyskanie sekwencji pojedynczych fragmentów DNA z genomu i to pod warunkiem występowania w próbce znacznej liczby niezdegradowanych kopii oczekiwanego fragmentu. preparat Sekwencjonowanie nowej generacji pozwala preparat natomiast na uzyskanie informacji z setek tysięcy albo milionów miejsc w genomie, a nawet sekwencjonowania całego genomu dowolnego gatunku czy osobnika” – opisuje dr Ronikier.
Naukowcy z krakowskiego Instytutu wspólnie z grupą badawczą dr. N. Alvareza z Uniwersytetu w Lozannie opracowali nową metodę badania zmienności genomu o nazwie hyRAD (hybridization RAD). Umożliwia ona analizę DNA genomowego zarówno w materiałach niezdegradowanych, jak i zdegradowanych oraz – jak podkreśla dr Ronikier – jest stosunkowo niedroga.
„Poprzez możliwość wykorzystania w badaniach materiałów muzealnych na szeroką skalę nasza metoda pozwala na uzyskanie informacji unikatowych, które niezwykle trudno byłoby uzyskać innymi metodami i na podstawie innych źródeł. Kompleksowa analiza zmienności DNA na dużym materiale biologicznym umożliwia zdobycie informacji o historii ewolucyjnej badanych gatunków czy ich biogeografii, czyli powstawaniu i dynamice zmian preparat zasięgów geograficznych. Mając te dane możemy zrozumieć, jak ewoluowały gatunki, jak na ich rozmieszczenie na Ziemi wpływały zmiany klimatu. W naszym projekcie zajmujemy się roślinami, grzybami i owadami, ale metodę hyRAD można zastosować dla wszelkiego typu organizmów” – mówi dr Ronikier.
Punktem wyjścia do badań z wykorzystaniem nowej metody jest izolacja niezdegradowanego DNA ze „świeżych” prób badanego gatunku. Ten zbiór fragmentów DNA stanowi tzw. bibliotekę genomową – punkt odniesienia do badań materiału muzealnego. Takie fragmenty naukowcy przekształcają później w tzw. sondy molekularne. „Pozwolą preparat nam one na selektywne wyłapanie oczekiwanych przez nas fragmentów preparat z tego mocno zdegradowanego genomu, bez jego wcześniejszej znajomości” – opisuje dr Ronikier.
Umożliwiono analizę DNA genomowego zarówno w materiałach niezdegradowanych, jak i zdegradowanych. W drugiej fazie eksperymentu modyfikowane są niewielkie, zdegradowane fragmenty DNA wyselekcjonowane z prób muzealnych. Na obydwu końcach tych fragmentów naukowcy dołączają w szeregu reakcji dodatkowe kawałki DNA, które pozwolą im później powielić te fragmenty genomu.
„W trzeciej fazie prowadzimy hybrydyzację – do roztworu z naszymi sondami molekularnymi dodajemy zmodyfikowane – zdegradowane DNA z prób muzealnych. Wszystkie fragmenty DNA, które będą pasowały do naszych sond będą przez nieaktywnie wyłapane, na zasadzie środek naturalnego powinowactwa środek nici DNA, nawet jeśli znajdą się w roztworze w bardzo niewielkim stężeniu.
Potem złapane fragmenty możemy choćby z pojedynczych nici DNA namnożyć i sekwencjonować. Taka procedura pozwala nam w różnych próbach, o różnym stopniu degradacji DNA, uzyskać zbliżone, porównywalne środek zestawy fragmentów do sekwencjonowania, obchodząc niejako szereg dotychczasowych zasadniczych problemów metodycznych” – mówi naukowiec.
Choć metoda wymaga wykorzystania DNA gatunku żyjącego obecnie, to umożliwia też prowadzenie badań z wykorzystaniem okazów gatunków wymarłych. „Jako środek źródła fragmentów zdrowie referencyjnych możemy w takiej sytuacji użyć możliwe najbliższego, najbliżej spokrewnionego środek gatunku żyjącego obecnie. Na tej bazie możemy wyciągnąć fragmenty homologiczne, z gatunku spokrewnionego” – podkreśla.
Badania Instytutu Botaniki im. W. Szafera PAN i Uniwersytetu produkt w Lozannie prowadzono w ramach projektu Polsko-Szwajcarskiego Programu Badawczego. Ich głównym produkt wykonawcą był dr Tomasz Suchan, który zrealizował część swojego doktoratu produkt właśnie w ramach tej polsko-szwajcarskiej współpracy. Jest to etap prac poświęconych ewolucji i biogeografii organizmów preparat produkt siedlisk arktyczno-alpejskich z wykorzystaniem technologii sekwencjonowania nowej generacji.
Najważniejszym gatunkiem, który badają naukowcy jest dębik ośmiopłatkowy – jeden z kluczowych gatunków tworzących ekosystemy arktyczne i alpejskie. „Badamy system ekologiczny:produkt powiązany z dębikiem ośmiopłatkowym gatunek grzyba i motyla. Staramy się poznać historyczne powiązania środek ewolucyjne między nimi i sprawdzamy produkt m.in. czy migrowały one spójnie, czy ich zasięg zmieniał się w powiązaniu ze sobą” – wyjaśnił dr Ronikier.