Поиск
  • Ounatea

Киберпанк, который мы заслужили: чай и ДНК-штрихкодирование.

Пост обновлен 26 июля 2018 г.


В 2009-2011 годах группа молодых американских учёных при помощи анализа ДНК проверила, соответствует ли фактический состав магазинных чаёв и трав заявленному на их упаковках. С полным текстом публикации можно ознакомиться тут: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3216529/, та же информация в броской и наглядной форме представлена здесь: http://www.dnabarcodes2011.org/documents/presentation.., а далее я вкратце расскажу, что из этого получилось.


Но сперва необходимо сказать пару слов о том, что такое ДНК-штрихкодирование (DNA-barcoding). Это метод, позволяющий по относительно коротким участкам ДНК определить принадлежность организма к определённому таксону (в идеале – к виду или ещё более мелкому таксону; на худой конец – к роду или семейству). Для этого нужно выбрать легко секвенируемый и обладающий видовой специфичностью участок ДНК и создать базу данных, в которой будет содержаться информация о том, какому биологическому виду какая последовательность нуклеотидов в данном участке соответствует. Отсюда и название: как штрих-код не несёт в себе полную информацию о товаре, но позволяет однозначно его идентифицировать, так и расшифрованные нуклеотидные последовательности, являясь лишь малой частью генома, позволяют с уверенностью сказать, ромашке или васильку принадлежит микроскопическая часть листа, когда морфологи разводят руками и говорят «пас». У животных на роль такого «штрих-кода» хорошо подходит митохондриальный ген цитохромоксидазы, но у большинства растений он оказывается недостаточно информативен из-за более низкой скорости накопления различий в нём, и для ДНК-баркодинга растений чаще всего используется комбинация двух генов хлоропластов – rbcL и matK, а также ядерный спейсер ITS2. Совсем уж простыми словами: требуется расшифровать последовательность нуклеотидов в этих участках ДНК из исследуемого материала (а это считанные сотни пар) и сравнить её с уже известными, с какой совпадает – такое и растение в наших руках. За последнее десятилетие в рамках проектов Consortium for the Barcode of Life и GenBank созданы обширные базы данных по rbcL, matK и другим маркерным участкам ДНК растений; постоянно ведётся также поиск новых, более информативных участков ДНК.

Итак, были изучены 146 образцов из нью-йоркских магазинов, школьных столовых и домашних запасов авторов исследования - 73 чая из камелии китайской и 73 травяных напитка (из которых 44 состояли из одного ингредиента, остальные из нескольких) – представлявших 33 производителя и 17 различных стран.

Идентифицировать с помощью ДНК-баркодинга удалось 90% образцов (96% чаёв из камелии китайской и 84% травяных напитков), при этом 62% расшифрованных последовательностей не имели точного соответствия в базе данных и отличались одной или несколькими парами нуклеотидов от эталонных для данного вида, что указывает на неполноту баз данных (на момент исследования в базе данных GenBank не было «штрих-кодов» около трети растений, указанных на упаковках травяных напитков), внутривидовые различия, а также на возможные ошибки при секвенировании.



Расхождения фактического состава с заявленным были выявлены у 4% успешно проанализированных чаёв из камелии китайской (то есть в 3 случаях) и у 35% травяных напитков (то есть в 21 случае). Под расхождениями понимается наличие в образце ДНК не указанных на упаковке растений; в ряде случаев они явно заменяли собой родственные или похожие на них растения – например, в одной травяной смеси вместо ройбуша была найдена люцерна посевная (также относящаяся к бобовым), в другой – мятлик однолетний вместо лемонграсса. Чаще всего посторонними примесями были ромашка и растения семейства зонтичных; в трёх случаях в нечайных травяных напитках содержалась камелия китайская. Кроме них, встречались не указанные на упаковке черника, папайя, мелисса лекарственная, стевия, марь белая (сорняк и кормовое растение; на севере Индии используется как зерновая культура), смолосемянник пятитычинковый (обычный представитель флоры субтропиков и тропиков), лантана (один из видов кустарников семейства вербеновых), зубчатки, шлемники и папоротники. К счастью, никаких опасных для здоровья и жизни растений обнаружено не было.



На первый взгляд, список впечатляет. Но не стоит бить в набат и обходить травяные смеси стороной, истово крестясь. Стоит обратить внимание, например, на ДНК ромашки аптечной и черноголовки обыкновенной, обнаруженную в тайваньском улуне. Если бы там было хоть сколько-нибудь существенное количество ромашки, она без труда определялась бы визуально. Очевидно, в этом случае речь идёт о следовых количествах этих примесей – и вполне возможно, что с частью травяных напитков дело обстоит так же. Современный ДНК-анализ высокочувствителен: полимеразная цепная реакция позволяет размножить и затем определить, теоретически, даже единственную молекулу ДНК в образце. Поэтому нельзя исключить и чисто экспериментальные ошибки, то есть загрязнение образца или реакционной смеси посторонней ДНК (хотя единичность обнаружения большинства примесей не говорит в пользу этого).

Тем не менее, даже ничтожные количества неуказанного биологического материала могут представлять угрозу для человека, страдающего истинной аллергией, об этом никогда не следует забывать. И, как видим, даже точно указанный на упаковке с травой состав – допустим, «зверобой продырявленный – 100%» - увы, не может быть гарантией, что там нет, например, мелиссы (образец ТТ225 в рассматриваемой работе).

И как минимум в части случаев указанный на упаковке состав недостоверен и макроскопически. Взять хотя бы то, что число заявленных компонентов в изученных травяных смесях доходило до 10 – а ДНК-баркодинг выявлял максимум 8 различных ДНК. Заметьте, всё это официально продающиеся в США продукты, с фабричной упаковкой. Что же тогда говорить о кустарных травяных сборах, бесконтрольно продающихся у нас?..



В целом, однако, эта работа не столько характеризует состояние рынка чая и травяных напитков, сколько демонстрирует возможности данного метода и трудности, возникающие при его использовании. Чай и травы – просто удобный объект для таких исследований. И они не единичны, вот, например - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5441638/ (тут уже итальянцы, используя более сложную методику - как-никак, шесть лет прошло - покопались в своём магазинном чае, и там тоже не всё оказалось в порядке, в частности, в одном из чистых красных чаёв была обнаружена ДНК растения из семейства крапивных, а в зелёном чае с анисом, корицей и солодкой не удалось найти ни корицы, ни солодки), и вот - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28911667 (здесь рассматривается, как можно использовать структуру ITS2 для доказательства тайваньского или, наоборот, нетайваньского происхождения чая).

Ещё интересная (по крайней мере, для меня) информация из американского исследования: ген rbcL камелии китайской обнаружен в двух вариантах, различающихся нуклеотидом в 68 позиции кодирующего участка. В варианте 68С кодон, в который входит данный нуклеотид, соответствует треонину, в варианте 68А – аспарагину. Вариант 68А совпадает с образцом C. sinensis из базы данных GenBank, а вариант 68С – с рядом других камелий (C. albogigas, C. granthamiana, C. japonica, C. oleifera, C. sasanqua) из той же базы данных. Так вот, в данном исследовании установлено, что вариант 68С статистически достоверно чаще встречается в индийских чаях по сравнению с китайскими (94% и 31% соответственно) и в чаях из C. sinensis var. assamica по сравнению с чаями из C. sinensis var. sinensis (71% и 12% соответственно). Косвенным образом это лишний раз подтверждает более древнее происхождение ассамики (я имею в виду тот факт, что rbcL ассамики идентичен rbcL других близкородственных камелий, а rbcL синенсиса - отличается).

Понимаете, до чего мы дожили? Определить, из какого варианта камелии – из ассамики или из синенсиса – сделан чай (пусть не со 100%-ной, но со значительной уверенностью), в наше время можно по 68-му нуклеотиду гена хлоропласта rbcL. А ведь я помню времена, когда расшифровка генома была масштабнейшей задачей, занимавшей много лет и требовавшей огромных институтов. Теперь задачи такого рода решаются за несколько часов при помощи портативной лаборатории. Но используются эти возможности, за которые генетик 1980-х продал бы душу, для изучения мусора в пакетиках из супермаркета. Это ли не классическая формула киберпанка – «high tech, low life»?


https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3216529/


Источник: https://vk.com/club47905050?w=wall-47905050_12349

Опубликовано: 11 мая 2018 года, 2:14


#научные_исследования

Просмотров: 64