Hoppa till huvudinnehåll

Artikel


DNA-streckkodning – nytt verktyg i miljöövervakningen

Sötvatten 2017/Maria Kahlert, Bonnie Bailet & Francois Keck, Sveriges lantbruksuniversitet. Publicerad: 2018-06-14

Enligt EU:s ramdirektiv för vatten ska bland annat den biologiska mångfalden i vatten kartläggas och rapporteras. Resultaten bildar underlag för bedömning av ett vattendrags ekologiska status med målet att alla vattendrag ska nå god ekologisk status till år 2021. Att kartlägga olika arter av exempelvis plankton, kiselalger och bottenfauna kan vara tidskrävande och komplicerat, och därigenom dyrt. Nu öppnar ny teknik med hjälp av DNA-streckkoder upp dörren för en snabbare och säkrare artbestämning, spårning av till exempel främmande arter och övervakning av olika vattenorganismer.

Den så kallade DNA-streckkoden är en karak­teristisk del av organismens arvsmassa, som kan användas istället för morfologiska (fysiska) kännetecken för att bestämma arten. Med denna metod är det i princip möjligt att karakterisera hela samhällen av växter och djur snabbt, tillförlitligt och kostnadseffektivt.

De senaste åren har det gjorts stora framsteg i utvecklingen av DNA-streckkodning, både i Sverige, Europa och resten av världen. Tekniken förbättras hela tiden och blir både snabbare och billigare. Priset för analys av ett prov är nu jämförbart med en klassisk artbestämning och kostnaderna fortsätter att minska. Även om det är spännande med en snabb teknikutveckling och mycket pågående forskning på området så betyder detta också att det utvecklas en uppsjö av metoder och protokoll. Detta överflöd av metoder som utvecklas parallellt av flera olika forskargrupper bromsar utvecklingen av användningen i praktiken. Här krävs ett samarbete för att utveckla DNA-streckkodning på bästa sätt för miljöövervakningen.

Kiselalger

Kiselalger som används för statusklassning är så kallade påväxtalger, vilket innebär att de sitter fast på eller lever i direkt anslutning till olika substrat, t.ex. stenar och vattenväxter i sjöar och vattendrag. Kiselalgerna är oerhört små och kan endast studeras på nära håll i mikroskop. Storleken varierar från 5 µm till 300 µm. Kiselalger förekommer i nästan alla vatten, och man hittar olika arter i olika miljöer. Släktet Eunotia förekommer mera frekvent i vattendrag, medan släktet Brachysira föredrar sjöar, källvatten brukar ha sina alldeles egna typiska arter. Sötvattensarter avskyr saltare vatten, vilket betyder att man hittar helt andra arter i havet.

Eftersom de flesta kiselalger är så känsliga och har specifika krav på sin levnadsmiljö är de mycket bra indikatorer på vattenkvaliten. Små förändringar kan göra att vissa arter ökar i antal, medan andra minskar eller försvinner.

Kiselalgsprovtagning med tandborste – standardmetoden som kan användas för både traditionell bestämning och DNA-metoden. Foto: Laura Forsström

Traditionell metod fortfarande vanlig

Kiselalger utnyttjas mycket inom svensk miljöövervakning. Den traditionella metoden där kiselalger samlas in och identifieras i mikroskop fungerar bra för att spegla den ekologiska statusen av både vattendrag och sjöar.

Metoden är vanlig i Europa och under senare år har referensdatabaser med DNA-streckkoder för kiselalger byggts upp för att undersöka om mikroskopmetoden kan ersättas, eller kompletteras, med DNA-metoden. Pilotförsök har visat sig att DNA-metoden kan ge ett likvärdigt resultat som den traditionella metoden när det gäller ekologisk statusklassning. I vissa länder har denna metod redan ersatt mikroskopmetoden. Som ett ytterligare steg på vägen är den molekylära kiselalgsmetoden redan föremål för standardisering inom Europa hos The European Committee for Standardization. Om vi sedan lyckas med att dela och utvärdera den enorma mängden molekylära data som kan genereras inom miljöövervakningen skulle DNA-streckkoder även vara en otroligt rik källa för forskningen om arternas utbredning och ekologi. Det skulle då gå att utveckla miljö­övervakningen på ett sätt som inte varit möjligt tidigare.

Kiselalger har en enorm variation i utseende och tolerans mot föroreningar. Här syns Eunotia tetraodon, Tabellaria flocculosa och Gomphonema coronatum. Både Eunotia och Gom­phonema föredrar opåverkade, näringsfattiga vatten, Eunotia föredrar även sura förhållanden, precis som Tabellaria. Foto: Eva Herrlitz

Utmaningar med streckkodning

Så varför då inte bara införa DNA-streckkoder för artbestämning av kiselalger i Sverige och hela Europa? Jo, för att metoden behöver utvecklas mera. Hittills har bara en femtedel av Sveriges 1500 kiselalgsarter streckkodats och detta innebär att en ekologisk statusklass framtagen med DNA-metoden inte är helt tillförlitlig. Den traditionella metoden med bredare underlag för artbestämning är ännu överlägsen. Utöver denna osäkerhet är det också problematiskt att flera DNA-analysmetoder nu utvecklas parallellt. Det är nämligen inte klart vilken metod som lämpar sig bäst för just miljöövervakning.

För att utveckla DNA-metoden för miljöövervakning på ett samordnat sätt behövs samarbete mellan forskare och användare, exempelvis Vattenmyndigheterna. Därför är SLU engagerat i ett europeiskt samarbete (DNAqua-Net) med målet att utbyta erfarenhet och testa “best-practice” lösningar tillsammans. I DNAqua-Net utvecklas metoder för alla sorts vatten, vilket även ger ett kunskapsutbyte mellan söt- och saltvattens­ekologer.

DNAqua-Net, EDNA och SweBOL – nya nätverk för forskning om DNA

Under 2017 bildades ett europeiskt nätverk, DNAqua-Net, för att koordinera och om möjligt harmonisera forskningsinsatser för utveckling av molekylära verktyg för miljöbedömningen i vattenmiljöer. Nätverket finns i över 30 europeiska länder och inkluderar inte bara forskare, utan även politiker, vattenförvaltare, privata företag och andra berörda aktörer. DNAqua-Net har också som syfte att informera den intresserade allmänheten.

Samordning behövs även på nationell nivå och därför har ett liknande nätverk för svenska forskare bildats EDNA är ett öppet forum där svenska forskare, konsulter och handläggare på regionala och nationella myndigheter diskuterar hur molekylära metoder kan användas inom miljöövervakning och forskning. EDNA inkluderar inte bara vattenforskning utan även forskning i landmiljöer. (EDNA står för e-DNA, som betecknar DNA man hittar vid provtagningen i naturen, till exempel vatten, mark och sediment.)
Ett annat nytt nätverk är SweBOL. Det är ett nationellt nätverk för DNA-streckkodning med uppdrag att sprida information om potentialen i DNA-streckkoder för artbestämning inom miljöövervakningen, kartläggning av biologisk mångfald, men även för behoven inom tullverksamheten och medicinska frågor. SweBOL:s uppdrag är också att förankra arbetet med en DNA-referensdatabas för svensk fauna och flora hos politiker och myndigheter, potentiella finansiärer, forskare samt den intresserade allmänheten, och att stödja projekt kopplat till detta, som exempelvis kartläggning av svenska ryggradsdjur, fjädermyggor som miljöindikatorer och kiselalger.

Kontakt:

Maria Kahlert, Institutionen för vatten och miljö, SLU
e-post: maria.kahlert@slu.se


Lästips:

DNAqua-Net consortium (2017). DNAqua-Net. Retrieved 20 September 2017, from http://dnaqua.net/.
Strand, M. (2017a). Nätverk ”EDNA”. Retrieved 20 September 2017.
swebol.org/e-dna-i-miljoovervakning/natverk-edna/.
Strand, M. (2017b). SWEBOL Swedish barcoding of life. Ett nationellt nätverk för DNA-streckkodning. 20 September 2017, swebol.org
Maria Kahlert (2017): Benthic diatoms with DNA - method development. www.slu.se/institutioner/vatten-miljo/forskning/dna-streckkodning/
CV/projektsidor:
Maria Kahlert (2017): Benthic diatoms with DNA - method development. www.slu.se/en/cv/maria-kahlert/
Bonnie Bailet (2017): New methods improving the water management - The role of diatoms in ecosystems. www.slu.se/en/cv/bonnie-bailet/
Francois Keck (2017): Diatom ecological niches and community structure. www.slu.se/en/cv/francois-keck2/