Identifiserer planterester ved hjelp av "strekkoder" i DNA

Det kan være vrient nok å identifisere planter i naturen, men det er enda vanskeligere å finne ut for eksempel hva slags planterester som finnes i så ulike produkter som helsekostpreparater, musikkinstrumenter, møbler og så videre. Både offentlige tilsynsmyndigheter og private bedrifter lengter etter bedre metoder for slik identifisering, blant annet fordi det svindles mye med bruk av plantematerialer i ulike bransjer.

Forskerne Hugo de Boer og Brecht Verstraete ved Naturhistorisk museum er nå i gang med et stort internasjonalt prosjekt som skal utvikle nye, raskere og enklere metoder for identifisering av planter og planterester ved hjelp av DNA-teknologi og molekylære metoder. Prosjektet er finansiert med midler fra det europeiske Marie Curie-programmet, og forskerne ved Naturhistorisk museum (NHM) hadde både ideen til prosjektet og skal lede det over de neste fire årene.

Marie Curie-programmet støtter prosjekter på tvers av landegrenser og skal bidra til fremragende og nyskapende forskerutdanning. De to NHM-forskerne har allerede gjennomført den første samlingen med 15 doktorgradsstudenter fra sju ulike land og ni ulike forskningsinstitusjoner.

Offentlige tilsyn, private bedrifter

– Vi ser at både tollvesenet og en rekke tilsynsmyndigheter som jobber blant annet innen matvaresikkerhet og legemidler i flere land, er interessert i det vi holder på med. Men disse myndighetene kommer neppe til å etablere sine egne laboratorier for å identifisere planter og planterester. De kommer isteden til å kjøpe slike tjenester, sier Hugo de Boer.

De første bedriftene som skal identifisere planter og planteprodukter for oppdragsgivere er allerede etablert i Nederland og Spania, og bransjen er i raskt vekst.

– Jeg tror det er store muligheter for slike bedrifter også i andre land, og våre doktorgradsstudenter har gode muligheter for å få jobb der, kommenterer de Boer.

Identifisering er viktig!

Hugo de Boer og Brecht Verstraete understreker at store deler av dagliglivet vårt er preget av nyttige planteprodukter – i maten vi spiser, i legemidlene vi bruker, i møblene og bygningsmaterialene vi omgir oss med. Men planter kan også være giftige, forårsake allergier, brukes i forfalskninger av ulike produkter og så videre.

– Derfor er det veldig viktig å være i stand til å identifisere en planteart, men den jobben kan være vanskelig nok i naturen. Når planten attpåtil er prosessert og blitt en bestanddel i et produkt, for eksempel en planke eller et medisinsk preparat, er det enda vanskeligere. Men de fleste planteprodukter inneholder fortsatt DNA fra den opprinnelige planten, og da kan vi som regel finne ut hvilken art som er blitt brukt, forklarer Verstraete.

– Vi er allerede på vei mot en fremtid der det skal være mulig å identifisere planter i felt med en liten koffert og en PC som inneholder alt du trenger. Da snakker vi om å analysere DNA ved hjelp av den nye nanopore-teknologien, tilføyer han.

Flere suksesser allerede

NHM-forskerne har allerede flere suksesser å vise til. Da de i 2017 offentliggjorde DNA-analyser av kosttilskudd med johannesurt (prikkperikum – Hypericum perforatum), viste det seg at ikke noen av produktene inneholdt det som stod på pakken. En tredjedel av produktene inneholdt ikke johannesurt i det hele tatt, mens de andre produktene enten manglet andre ingredienser eller inneholdt planter som ikke var oppført.

Da forskerne undersøkte produkter med solhatt, gikk det litt bedre: De fleste produktene inneholdt faktisk solhatt. Og produkter som skulle inneholde legeveronika (Veronica officinalis) inneholdt som regel rester av planter fra veronikaslekten – men ingen legeveronika.

Verstraete og de Boer tror det er flere årsaker til at det er så mye tull med innholdet i helsekostprodukter og kosttilskudd. Noen ganger er det snakk om bevisst svindel. Men i andre tilfeller kan det være snakk om feiltagelser; det er for eksempel ikke så lett å se forskjell på johannesurt og andre arter i perikumslekten. Forskerne tror derfor at de seriøse produsentene i bransjen vil se mulighetene for å bruke sikker, DNA-basert identifikasjon av råmaterialene.

– Pollenvarsling er et annet interessant bruksområde. Du skal ha en spesiell kompetanse for å studere et pollen i mikroskopet og vurdere hvilken art det kommer fra, men med ny DNA-teknologi kan pollenvarslene langt på vei automatiseres, antyder de Boer.

Skiller lovlig og ulovlig ibenholt

Forskerne skal ikke jobbe utelukkende med DNA-analyser, for det er også bruk for andre metoder for eksempel når de skal undersøke musikkinstrumenter. Disse inneholder ofte flere ulike typer treverk, som ibenholt. Men når det gjelder ibenholt, ble det i 2013 vedtatt et internasjonalt CITES-forbud mot å bruke tresorten i fioliner.

– Det er fortsatt lov å bruke ibenholt fra trær som ble hugd før forbudet trådte i kraft. Men det er ikke mulig å bruke DNA til å finne ut om et tre ble hugd før eller etter 2013, så da skal vi isteden bruke radioaktive isotoper til datering. Det jobber vi med i ett av prosjektene våre, forteller de Boer.

Analyser strekkoder i DNA

Hugo de Boer og Brecht Verstraete understreker at det ikke er nødvendig å analysere hele genomet – hele arvematerialet i en organisme – for å fastslå hvilken art det dreier seg om.

– Vi fokuserer isteden på å bruke den metoden som kalles DNA-strekkoding. Prinsippet er at korte biter av en ukjent organismes arvestoff (DNA) sammenlignes med DNA fra kjente arter i et kvalitetssikret DNA-bibliotek. Forskere over hele verden er i full gang med å etablere slike biblioteker, men det gjenstår mye før biblioteket kan brukes til alle slags planter. Vi skal blant annet forsøke å utvikle strategier som kan hjelpe oss med å avgjøre om en plante virkelig er sikkert identifisert, forteller Verstraete.

Forskerne ved NHM samarbeider blant annet med prosjektet Norwegian Barcode of Life (NorBOL), hvor professor Inger Greve Alsos ved Universitetet i Tromsø leder et prosjekt som går ut på å bygge opp et bibliotek med helgenom-analyser av alle planter som vokser i Norge.  Det biblioteket vil også inneholde «strekkoder» som kan brukes til identifisering.

Prosjektet Plant.ID fokuserer på de høyere plantene som nå kalles karplanter, fordi de har ledningsvev. Denne gruppen omfatter blomsterplanter og høyere blomsterløse planter som bregner, kråkefotplanter og sneller, mens mosene mangler ledningsvev og faller utenfor.

Vitenskapelige artikler:

Ancuta C. Raclariu, Michael Heinrich, Mihael C. Ichim and Hugo de Boer: Benefits and Limitations of DNA Barcoding and Metabarcoding in Herbal Product Authentication. Phytochemical Analysis 2017, DOI 10.1002/pca.2732.

Ancuta C. Raclariu, Ramona Paltinean, Laurian Vlase, Aurélie Labarre, Vincent Manzanilla, Mihael C. Ichim, Gianina Crisan, Anne K. Brysting & Hugo de Boer: Comparative authentication of Hypericum perforatum herbal products using DNA metabarcoding, TLC and HPLC-MS. Nature Scientific Reports May 2017.

Ancuta C. Raclariu, Andrei Mocan, Madalina O. Popa, Laurian Vlase, Mihael C. Ichim, Gianina Crisan, Anne K. Brysting and Hugo de Boer: Veronica officinalis Product Authentication Using DNA Metabarcoding and HPLC-MS Reveals Widespread Adulteration with Veronica chamaedrys. Frontiers in Pharmacology, 19 June 2017.

Ancuta C. Raclariu, Carmen E. Ţebrencu, Mihael C. Ichim, Oana Teodora Ciuperca, Anne K. Brysting, Hugo de Boer: What’s in the box? Authentication of Echinacea herbal products using DNA metabarcoding and HPTLC. Phytomedicine, Volume 44, 15 May 2018.

Mer informasjon:

Forskning.no: Ingen av urtemidlene inneholdt det de skulle. Publisert 5. mai 2017

Naturfagsenteret: DNA-prøvar kan avsløre falsk urtemedisin. Publisert 6. november 2015

Prosjektet Plant.IDs hjemmeside: Molecular Identification of Plants

Norbol: Hva er DNA-strekkoding?