Код UPC в своем самом распространенном варианте содержит 12 цифр, для каждой из которых имеется 10 возможных значений (от 0 до 9). Это дает 1 трлн (10¹²) потенциальных комбинаций. В ДНК четыре основные составляющие: нуклеотиды аденин (A), гуанин (G), тимин (T) и цитозин (C). Ген, состоящий из 500 нуклеотидов, теоретически обеспечивает 4500 возможных вариантов штрихкода – более чем достаточно, чтобы каждому из всех живущих на земле видов досталось по одному.
Но какой же сегмент ДНК лучше всего подходит для создания штрихкода? Этот сегмент должен быть как можно более универсальным для различных таксономических групп и достаточно коротким, чтобы не доставлять неудобств в применении. Кроме того, он должен быть легко распознаваем, а начало и конец кода должны содержать отдельные гены, которые не слишком отличаются от вида к виду. Эти легко опознаваемые гены будут служить своего рода «закладкой» при обработке образца. При этом сам участок ДНК должен быть достаточно уникальным, чтобы по нему можно было определить видовую принадлежность, но не настолько уникальным, чтобы разные образцы, принадлежащие к одному виду, давали разный результат. Здесь как в сказке «Три медведя»: скорость мутации должна быть не слишком высокой и не слишком низкой, а как раз впору. Для решаемой нами задачи важно знать, что участки ДНК растений, которые можно использовать для создания штрихкода, содержат два хлоропластных гена, известные как matK и rbcL.
В простом случае из образца извлекается ДНК, которая затем подвергается обработке с целью увеличения концентрации интересующего нас гена. Этот метод носит название полимеразной цепной реакции (ПЦР). После этого образец помещают в ДНК-секвенсор, который выдает последовательность A, G, C и Т – своего рода штрихкод. Далее полученный результат можно загрузить в базу данных проекта «Штрихкод жизни» (Barcode of Life Database, BOLD), где они пройдут сравнение с существующими штрихкодами, принадлежащими уже установленным видам. Образец неустановленного вида либо выдаст совпадение с существующей последовательностью, либо окажется слишком отличным от всех остальных элементов базы и будет введен в нее в качестве нового элемента. Этот метод уже проверен и относительно недорог. Одна-единственная установка по штриховому кодированию ДНК может обрабатывать сотни и тысячи образцов в год, при этом затраты будут составлять около $10 на образец без учета оплаты труда и расходных материалов.
База данных по изученным образцам – ключевой элемент проекта «Штрихкод жизни». Помимо информации о последовательности нуклеотидов (собственно штрихкода) и названия вида, в ней содержится дополнительная информация о качестве и источнике происхождения каждого образца, а также о надежности проведенной идентификации. К примеру, образец, взятый в ботаническом саду и опознанный куратором, гораздо более надежен, чем некая древняя ДНК, извлеченная из фрагмента зерна, который нашли в осадочных породах на дне озера. Дополнительная информация помогает пользователям базы определиться со степенью надежности результатов исследования. Это важно учитывать при публикации научных открытий, а при расследовании случаев пищевого мошенничества такая информация позволяет убедиться в качестве доказательств.
Итак, можем ли мы использовать штриховое кодирование ДНК, чтобы установить ботаническое происхождение меда? Еще в 2010 г. Том Гилберт и его коллеги из Музея естественной истории (Natural History Museum) при Копенгагенском университете доказали, что даже в очень маленьких (объемом в 1 мл) образцах меда содержится достаточно ДНК-материала для проведения анализа методом ПЦР
{11}. Они протестировали довольно много образцов меда и извлекли достаточно длинные участки ДНК, чтобы определить таксономическую принадлежность насекомых и растений, участвовавших в изготовлении этих образцов. Любопытно, что ДНК из пчелиных митохондрий (органоиды, отвечающие за производство энергии в клетке) преобладали в количественном отношении над ДНК из растительных органоидов (к примеру, хлоропластов). ДНК ядер растительных клеток была представлена в наименьшем объеме. Поскольку участки генома, подходящие для штрихового кодирования, располагаются в ДНК хлоропластов, ученые подтвердили, что метод анализа ДНК можно использовать для определения ботанического происхождения меда.
На момент написания этой главы Массимо Лабра и работающая под его началом группа исследователей из Университета Бикокка в Милане уже начали тестовое штрихкодирование образцов меда
{12}. Они проанализировали четыре вида полифлерного меда, произведенного в четырех разных местах на севере Итальянских Альп, используя в качестве пограничных маркеров rbcL и еще один ген. Они собрали базу ДНК-штрихкодов для мест, где пчелы собирали нектар, – в общей сложности 315 видов растений. По ДНК, извлеченным из исследуемых образцов меда, они сумели опознать 39 видов растений, из нектара которых был изготовлен мед, – каштан, дуб, бук, а также множество трав. Неожиданной находкой оказалась ДНК ядовитого растения белладонны (Atropa belladonna). И хотя мед, скорее всего, не содержал никаких токсинов, производимых этим растением, данный пример наглядно демонстрирует потенциальную пользу, которую штрихкодирование ДНК может принести при оценке экотоксичности меда, а также решении других вопросов, связанных с безопасностью продуктов питания.
Как уже говорилось, основная сила этого метода – в хорошей базе данных. На данный момент в базе BOLD содержится семь штрихкодов для семи различных образцов дерева манука (L. scoparium), позаимствованных из базы данных GenBank. Однако эти штрихкоды почти не сопровождаются дополнительной информацией. Один из образцов был взят в Королевских ботанических садах Кью в Великобритании, и, вероятно, он может считаться образцом, засвидетельствованным экспертами. Теоретически теперь мы можем отправить образец нашего меда в лабораторию, чтобы провести анализ ДНК и узнать, весь ли растительный генетический материал, присутствующий в образце, принадлежит дереву манука.
Милый мед, где твоя родина?
Итак, раз мы способны доказать при помощи штрихкодирования ДНК, что мед произведен из нектара дерева манука, а дерево это произрастает лишь в определенных ареалах, следовательно, мы можем быть уверены в его географическом происхождении. Но как же быть, если нам нужно определить географическое происхождение либо полифлерного меда, либо меда, изготовленного из нектара широко распространенного растения? Информация о том, откуда родом наш продукт, поможет оценить риски фальсификации или биологического загрязнения. Некоторые страны имеют весьма богатые традиции фальсификации меда. Кроме того, менее строгие правила применения пестицидов и антибиотиков в некоторых странах приводят к повышенному риску загрязнения меда остатками этих веществ. Легкомысленное отношение к географическому происхождению меда, который вы едите, сопряжено с рисками для вашего здоровья.
