Iskanje genov za cianotoksine

Z genetskimi metodami se lahko hitro in poceni dokopljemo do velike količine informacij. Zato so danes genetske raziskave vključene v najrazličnejša raziskovalna in diagnostična področja. Ekologi jih uporabljajo za sledenje divjih živali, agronomi za razvijanje novih sort poljščin, medicinci pri razvoju učinkovitejšega zdravljenja, arheologi pri sestavljanju poteka evolucije in selitev naših prednikov. Uporabljajo se za forenzične preiskave v kriminalistiki, za preverjanje prisotnosti gensko spremenjenih organizmov v hrani, identifikacijo škodljivcev na poljih, prepoznavanje dednih bolezni pri nerojenih otrocih in še mnogo več.

Tako si tudi mi ne predstavljamo več naših raziskav brez genetike. Z njeno pomočjo lahko preberemo informacije v naših vzorcih, ki jih drugače nikoli ne bi izvedeli. Tako lahko hitro ugotovimo, če prisotne cianobakterije nosijo gene za proizvodnjo strupenih snovi ali ne. Te metode so bolj občutljive kot mikroskopija, kar pomeni, da lahko zaznamo mnogo nižje koncentracije cianobakterij. Poleg tega lahko bolj zanesljivo določimo vrste, lažje pa tudi prepoznamo nove vrste in razumemo sorodstvene odnose med njimi.

Ko gre za oceno tveganja za zdravje ljudi in živali, nas pravzaprav ne zanima, katere vrste cianobakterij so prisotne – zanima nas le, če so lahko strupene ali ne. K sreči imajo vse vrste, ki proizvajajo določen cianotoksin, enak genetski podpis, po katerem jih lahko prepoznamo. Za proizvodnjo vsakega cianotoksina je namreč odgovoren skupek genov, ki jih danes že precej dobro razumemo. Če teh genov ni, tudi cianotoksinov ne more biti. V okoljski DNK torej pobrskamo za izbranim genom, ugotovimo, če je ta prisoten ali ne, in kakšna je njegova koncentracija. Pri tem si pomagamo z verižno reakcijo s polimerazo, široko razširjeno laboratorijsko metodo, ki iskane gene pomnoži v več milijard kopij, da jih lažje zaznamo.

“Verižno reakcijo s polimerazo bi lahko primerjali z računalniškimi ukazi išči, kopiraj in prilepi. Pri tem igrajo ključno vlogo kratki ʻiskalni’ odseki zaporedja nukleotidov. Ti so oblikovani tako, da se ujemajo s prvimi in zadnjimi nekaj črkami (nukleotidi) iskane genske regije. V celotnem genomu bodo tako prebrali le izbrani del, preostanek pa prezrli. Drugi pomemben dejavnik pri podvajanju DNK je encim polimeraza, ki ʻkopira’ in ʻlepi’ podvojene dele. Takšno podvajanje prav zdaj poteka tudi v nas samih, le da se ob delitvi živih celic podvoji celoten dedni zapis, v laboratoriju pa le izbrani deli.”¹

“Verižna reakcija s polimerazo je laboratorijska metoda, s katero lahko pridobimo večje količine želenega dela dednega zapisa. Navadno poteka v 25 do 35 ponavljajočih se ciklih. V vsakem od njih se zaporedje DNK podvoji in tako lahko iz le majhnega vzorca dokaj hitro ustvarimo več milijard izbranih odsekov dednega zapisa. To nam omogoča analizo izbranega odseka ločeno od preostale dednine oz. genoma.” ¹.

Vse pa ni tako črno-belo: nekatere cianobakterije imajo ostanke genov za proizvodnjo cianotoksinov, čeprav so v evoluciji to sposobnost izgubile. To pomeni, da lahko včasih zaznamo potencial za strupenost, čeprav ga v resnici ni. Poleg tega so lahko v okoljskih vzorcih prisotne različne snovi, ki ovirajo pomnoževanje genov in manjšajo zanesljivost rezultatov. Paziti moramo tudi pri kvantifikaciji celic cianobakterij; nekatere celice imajo namreč več kopij gena ali genoma kot druge, zato ne moremo enostavno prevesti genetskih rezultatov v številke, primerljive z mikroskopskimi rezultati.

Pomnoževanje genov poteka v posebnih aparaturah – cikličnih termostatih, – ki z uravnavanjem temperature zagotavljajo primerne pogoje za pomnoževanje.

Povezane objave: serija objav o raziskovalnih metodah

Več informacij:

• https://tinyurl.com/688suamk
  Naš video o molekularni zaznavi cianobakterij

Viri:

1. Zupančič, M. (2021). Nove metode spremljanja stanja voda. Življenje in tehnika 72:10, str. 34-42.

Tekst: Maša Zupančič