DNA-viivakoodaus sopii hyvin eläin- ja kasvilajien tunnistamiseen

Elintarvikekaupan taloudellinen arvo on erittäin suuri, joten rahallisen edun hakeminen korvaamalla tai laimentamalla kalliita raaka-aineita on houkuttelevaa. Rikollisen edun lisäksi petokset voivat vaikuttaa myös turvallisuuteen, jos raaka-aineet ovat myrkyllisiä tai allergeeneja, joita ei ole merkitty pakkausselosteisiin.

Asiakirjoihin perustuvan valvonnan lisäksi on tärkeää, että valvontaviranomaisilla on käytössään menetelmiä, joilla pystytään tarvittaessa tunnistamaan elintarvikkeiden raaka-aineet. DNA-menetelmien käyttö on tehokasta varsinkin prosessoiduissa tuotteissa, joissa raaka-aineet on jauhettu, eikä alkuperäislajia pystytä enää tunnistamaan.

DNA-viivakoodauksen avulla pystytään selvittämään elintarvikkeessa käytetty tuntematon ainesosa. Näytteestä eristetystä DNA:sta monistetaan polymeraasiketjureaktion (PCR) avulla lyhyt genominen alue, jonka emäsjärjestys selvitetään sekvensoimalla. Näytteestä saatua sekvenssiä verrataan geenidatapankissa oleviin sekvensseihin lajin tunnistamiseksi.

DNA-viivakoodaus vaatii huolellista suunnittelua

Jotta DNA-viivakoodaus toimii, täytyy monistettava ja sekvensoitava alue suunnitella huolellisesti. Ensiksikin viivakoodialueen tulee olla sellainen, että se löytyy mahdollisimman monen lajin genomista. Toiseksi viivakoodialueen sekvenssin tulisi vaihdella mahdollisimman paljon lajien välillä, jotta aluetta voidaan käyttää lajien erottelemiseen toisistaan. Lisäksi sen tulisi olla sopivan pitkä, jotta se pystytään sekvensoimaan helposti. Viivakoodialueen alku- ja loppupäässä tulisi olla sekvenssiltään vähemmän vaihteleva osa, jonne PCR-monistamiseen liittyvät alukkeet pystyvät sitoutumaan.

Eläinten DNA-viivakoodialueeksi on vakiintunut osa sytokromi-oksidaasi-1 -geenistä (COI), joka sijaitsee solun mitokondriossa. Tämä viivakoodialue toimii hyvin, koska se pystytään monistamaan useimmista eläinlajeista ja sen sekvenssi vaihtelee paljon eri lajien välillä: sen avulla pystytään erottamaan eri lajit toisistaan. Koska sen käyttö on yleistä, geenidatapankkeihin on kerääntynyt paljon sekvenssitietoa eri eläinlajeista.

Kasveilla COI ei ole tarpeeksi monimuotoinen, eli sekvenssi ei vaihtele riittävästi eri lajien välillä. Tämän vuoksi sitä ei voida käyttää DNA-viivakoodaukseen. Kasveilla käytetäänkin DNA-viivakoodaukseen yleensä osia kahdesta viherhiukkasen geenistä: maturaasi-K (matK) ja rubisco (rbcL). Sienillä DNA-viivakoodialueeksi on vakiintunut tuman genomissa sijaitseva geenien välinen alue ITS (international transcribed spacer).

Kansainvälisessä tietokannassa yli 500 000 lajia

DNA-viivakoodaus vaatii toimiakseen mahdollisimman kattavan genomisen sekvenssitietokannan. International Barcode for Life, iBOL (www.ibol.org) on projekti, joka koordinoi DNA-viivakoodien keräämistä ja kokoamista Barcode of Life Data (BOLD) -tietokantaan. Projekti on kansainvälinen, ja sen koordinoinnin päävastuun kantaa Guelghin yliopiston Biodiversity Institute of Ontario.

BOLDiin kerätyt sekvenssit ovat nimenomaan DNA-viivakoodialueita, ja lajien tunnistaminen ja viivakoodialueiden sekvensointi on tehty erityisen huolellisesti. Projektissa on kerätty laajat sekvenssikirjastot kaloista, linnuista, nisäkkäistä, hyönteisistä ja sienistä. Kasveista tietokannat on kerätty puulajeista ja heinäkasveista. Tietokannassa on yli 500 000 lajia.

Lisäksi DNA-viivakoodialueiden sekvenssejä on tallennettu muihin geenitietopankkeihin, joista yksi on National Center for Biotechnology Information (NCBI). Geenipankkia hallinnoi U.S. National Library of Medicine.

Monimutkaisia tuotteita metaviivakoodataan

DNA-viivakoodausta voidaan käyttää vain silloin, kun näytteestä pystytään eristämään DNA:ta. Pitkälle prosessoituja tuotteita ei pystytä analysoimaan, koska niissä oleva DNA on hajonnut. Esimerkiksi öljyissä ei ole jäljellä DNA:ta. Lisäksi tutkittavasta lajista on oltava sekvenssitietoa geenidatapankissa.

Monimutkaisissa elintarvikkeissa on useaa ainesosaa sekaisin, joten niitä ei voida analysoida tavallisella DNA-viivakoodauksella, vaan tarvitaan ns. metaviivakoodausta. Siinä sekvensoidaan kaikki elintarvikkeessa olevat lajit käyttäen uusia kokogenomisekvensointitapoja.

Perusperiaate on sama, mutta monistettavat alueet ovat lyhyempiä (ns. miniviivakoodeja). Niiden monistaminen prosessoiduista tuotteista, joissa DNA voi olla katkeillut, onnistuu paremmin. Lisäksi monistettavia alueita on useita. Sekvenssitietoa kertyy huomattavasti enemmän kuin tavallisessa viivakoodauksessa, ja sen analysointiin tarvitaan hyviä bioinformatiikkatyökaluja.

Myös DNA-metaviivakoodauksessa tarvitaan geenidatapankkeja, jonne on alkanutkin kerääntyä tietoa miniviivakoodeista. Kokogenomisekvensoinnin yleistyessä ja hinnan halventuessa metaviivakoodaus tullee yleistymään elintarvikkeiden aitouden selvittämisessä.

Kalojen valvontahanke DNA-viivakoodauksella

Elintarviketurvallisuusvirasto Evirassa on käytetty DNA-viivakoodausmenetelmää esimerkiksi Euroopan komission koordinoimassa valvontaohjelmassa vuonna 2015. Siinä tutkittiin markkinoilla olevien kalalajien oikeellisuutta. Kunnalliset elintarvikevalvontaviranomaiset ottivat näytteitä tuotteiden maahantuojilta, valmistajilta sekä tukku- ja vähittäismyyjiltä.

Kala oli suomalaista alkuperää 41 prosentissa kalastustuotteista. Näytteiksi kerättiin vaalealihaisia kaloja eri puolilta Suomea yhteensä 83 kappaletta. Yhtä näytettä lukuun ottamatta (purkitettu ahven, josta DNA oli hajonnut) kaikista saatiin eristettyä DNA:ta. Suurin osa näytteistä pystyttiin tunnistamaan lajitasolle, muutama vain sukutasolle, koska viivakoodialue ei ollut tarpeeksi spesifinen. Yhdessä kalastustuotteessa oli turskaa, vaikka pakkausmerkintöjen mukaan siinä piti olla seitä. Koko EU-alueella määräystenvastaisia kalastustuotteita oli kuusi prosenttia tutkituista näytteistä.