Politiet bruker DNA-analyser til å fange kriminelle. Innen medisin påvises farlige mikrober gjennom DNA-analyser, og arvelige sykdommer avdekkes. De med interesse for sitt opphav kan sende inn spyttprøver med DNA, og få informasjon om genetisk tilhørighet tilbake. Farskap kan påvises eller avkreftes.

Innen biologisk forskning benyttes DNA-analyser på mange felt, for eksempel til å kartlegge alle gener i ulike organismer og bedre forstå hvordan alt liv har utviklet seg, fra et felles opphav. DNA-analyser brukes også i økende grad til å kartlegge biologisk mangfold, noe denne teksten handler om.

Livet står skrevet i DNA

Alle organismer på jorda har arvestoffet DNA i sine celler, som bringes videre til neste generasjon. DNA-molekylet knytter alt liv sammen i et «livets tre». Oppskriften på hvordan ulike organismer utvikles står skrevet i DNA med de fire «bokstavene» (molekylene) A, C, G og T. Rekkefølgen av disse og lengden av de ulike tekst-strengene de danner, bestemmer de ulike genenes funksjon og hvorfor ulike arter blir til ulike arter.

Fordi DNA-molekylet stadig endres gjennom mutasjoner, og dessuten stokkes om på nye måter når vi reproduserer oss, har de aller fleste av oss unike DNA-molekyler, eller «DNA-tekster» om en vil.

DNA-sekvensering

Det at vi nå kan lese av rekkefølgen av bokstavene i DNA-molekylet (sekvensere), skyldes flere revolusjonerende metoder. Den viktigste er kanskje den såkalte PCR-teknikken, som gjør det mulig å kopiere opp deler av DNA-molekylet slik at vi får håndterbare mengder DNA man kan analysere.

Amerikaneren Kary Mullis fikk Nobelprisen for PCR-teknikken i 1993 (nordmannen Kjell Kleppe bidro også sterkt). Sanger-sekvensering, oppkalt etter amerikaneren Frederick Sanger (Nobelprisen 1980), var den første DNA-sekvenseringsmetoden.

I sin tid ble det menneskelige genom – altså DNA i cellene våre – avlest ved «gammeldags» Sanger-sekvensering, en tidkrevende prosess. På 2000-tallet ble nye metoder utviklet, som gjør det mulig å produsere millioner av DNA-sekvenser på kort tid, såkalt masse-sekvensering. Datamengden man tidligere brukte årevis på å produserer, kan nå masseproduseres på dager og timer.

Det synlige og usynlige biomangfoldet

Menneskets kunnskap om naturen, om ulike arter og deres nytteverdi, har vært med oss i flere hundre tusen år, også før det moderne mennesket oppstod i Afrika. Den mer systematiske kartleggingen av det biologiske mangfoldet på jorda har pågått i flere hundre år.

Tradisjonelt har man fokusert på det synlige artsmangfoldet av planter, dyr og større alger og sopper. Imidlertid er det de små, bortgjemte organismene, som bakterier, arker, sopp og ikke minst protister (en samlesekk av encellede organismer) som utgjør de fleste grenene på livets tre.

Selv om dette mangfoldet er usynlig for vårt øye, spiller mikroorganismene sentrale roller i naturen. De er, for eksempel, med på å regulerer karbonets kretsløp - og dermed også klimaet på jorda.

Miljøsekvensering

Ved hjelp av DNA-sekvensering kan vi nå kartlegge det usynlige biologiske mangfoldet, ikke kun de store plantene og dyrene. Dette foregår ved miljøsekvensering, hvor vi trekker DNA ut fra miljøprøver, det være seg vann, jord eller luft, og dernest masse-sekvenserer DNAet.

Den vanligste metoden for å kartlegge artene er å sekvensere en liten del av det totale DNAet (genomet) til artene, en kort tekst-streng på kanskje 150 bokstaver. Vi sammenlikner så miljø-sekvensene med hva som allerede foreligger i DNA-bibliotek fra kjente arter; på denne måten kan man få et artsnavn på sekvensene. Dette kalles for DNA-strekkoding.

Ved hjelp av masse-sekvensering kan vi strekkode artene i mange miljøprøver med millioner av sekvenser samtidig, og kartlegge det usynlige artsmangfoldet.

DNA-strekkoding av miljøprøver

Ved å strekkode DNAet i en vannprøve kan man få oversikt over hvilke encellede alger og plankton som flyter i vannmassene. I tillegg kan man påvise amfibier eller fisker, siden DNA fra disse også flyter rundt i vannet.

I ett studie påviste forskere elg i vannprøver; elgen hadde trolig svømt i sjøen i forkant. DNA svever også rundt i lufta; ved å DNA-strekkode luftprøver, kartla danske forskere hvilke dyr som fantes i omgivelsene, inkludert i den nærliggende zoologiske hagen i København.

Ved å sekvensere DNA fra igler, kunne forskere kartlegge hvilke pattedyr som fantes i et ufremkommelig skogreservat i Kina, siden igler bringer med seg blod og DNA fra dyrene de parasitterer.

I ett prosjekt kartla vi hvilke sopper som finnes i hus i Norge, ved å strekkode DNA fra støvprøver tatt fra dørkarmer på inn- og utsiden av hus. Artsmangfoldet var dominert av ulike mugg- og gjærsopp, men i en prøve dukket den kulinariske arten sommertrøffel opp. Arten er ikke kjent fra naturen i Norge, men derimot i Sverige. Kunne dette være det første tilfellet av spiselige trøffel i Norge?

Dessverre – det viste seg at den aktuelle støvprøven kom fra leiligheten til en kollega som hadde kost seg med trøffelen til middag (se bilde).

Ukjent DNA avdekker ukjent biomangfold

Som dere forstår, DNA-strekkoding kraftfulle saker, men det er også mange feilkilder. Man kan lett forurense en prøve med annet DNA og det kan være vanskelig å skille mellom arter basert på en kort DNA-sekvens. Man får dessuten ofte ikke svar på hvilke arter de ulike DNA-sekvensene representerer.

En DNA-sekvens som ikke likner på noe man har i DNA-biblioteket kan indikere at det dreier seg om ukjent biomangfold. Flere store organismegrupper er oppdaget på denne måten, gjennom miljø-sekvensering. Det kanskje mest spektakulære funnet de siste åra er gruppa Lokiarchaeota, en gruppe av arker (arkebakterier) som trolig var utgangspunktet for de mer avanserte cellene og organismene på jorda, inkludert oss selv.

Parallelt med miljøsekvenseringen er vi avhengig av å bygge opp omfattende DNA-bibliotek som vi bruker til å identifiserer miljø-sekvensene, og artene de representerer. Dette er imidlertid et møysommelig arbeid, hvor man DNA-sekvenserer kjente arter og legger deres DNA inn i søkbare databaser. Dette arbeidet er avhengig av mer tradisjonell kunnskap om artsmangfoldet.

DNA-basert naturkartlegging i fremtiden

DNA-basert naturkartlegging og overvåking vil utvilsomt bli viktig, og vil akselerere oppdagelsen av nye, ukjente arter. I fremtiden vil DNA-basert naturovervåking automatiseres. Man kan se for seg små maskiner som identifiserer det biologiske mangfoldet, for eksempel droner eller små farkoster i vannet.

Det finnes allerede DNA-sekvenseringsmaskiner på størrelse med en USB minnepinne (se bilde). DNA-basert informasjon kan også kobles sammen med andre miljødata, fra for eksempel satellitter eller droner. Sammen kan denne informasjonen danne grunnlag for statistiske modeller som beskriver det biologiske mangfoldet i tid og rom.

Den nye teknologien og mulighetene den gir er svært fascinerende, men det aller viktigste er nok å sørge for at vi har noe biologisk mangfold igjen å kartlegge og forvalte.

LES OGSÅ:

Sau og ku kan stå på rødlista i framtida, og konsekvensene vil bli store for norsk matsikkerhet

Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap