DNA-Barcoding

Mit Hilfe von DNA-Barcoding können Arten anhand der DNA-Sequenz eines spezifischen Gens bestimmt werden. Eine DNA-Barcode-Sequenz setzt sich aus der individuellen Abfolge der vier verschiedenen Nukleotide, aus denen die Nukleinsäuren aufgebaut sind, zusammen. Da dies dem Strichcode (Barcode) auf Lebensmittel-Verpackungen ähnelt, wurde hierfür der Begriff DNA-Barcoding gewählt. Mit Hilfe der DNA-Sequenz können Arten eindeutig identifiziert werden. Je näher Individuen bzw. Arten miteinander verwandt sind, desto ähnlichere Sequenzen besitzen sie.

"Echter" Barcode und DNA-Barcode

Zur Artbestimmung von Tieren hat sich beispielsweise das mitochondriale Genom bewährt. Es liegt in aktiven Zellen in hoher Kopienzahl vor und wird nur über weibliche Tiere weitervererbt. Als besonders geeignet erwies sich das Gen für die Untereinheit 1 der Cytochrom-c-Oxidase (COX1). Hier gibt es die meisten Vergleichssequenzen in den Gendatenbanken.

Nach Extraktion der DNA aus dem Probenmaterial (z.B. Gewebestücke oder Kot) wird das Markergen mittels PCR (Polymerasekettenreaktion) vervielfältigt. Das PCR-Produkt wird anschließend sequenziert. Zur Artbestimmung werden die erhaltenen DNA-Sequenzen mit Datenbanken verglichen, z.B. NCBI (National Center for Biotechnology Information) oder BOLD (Barcode of Life Database).

Beim DNA-Metabarcoding werden nicht einzelne Organismen untersucht, sondern eine Mischprobe aus vielen Individuen, die durch Homogenisierung hergestellt wird ("bulk sample"). Aus der homogenisierten Probe wird die DNA extrahiert und das Barcoding-Gen - z.B. COX1 - vervielfältigt. Nach der Analyse mittels Next Generation Sequencing (NGS) werden die erhaltenen DNA-Sequenzen bioinformatisch ausgewertet.

Mittels DNA-Barcoding können Einzelorganismen, Mischproben und Umwelt-DNA analysiert werden.

Da Lebewesen ständig DNA an ihre Umwelt abgeben (z.B. Hautzellen, Fäzes, Schuppen, etc.), kann DNA-Metabarcoding auch direkt in Umweltproben wie Wasser, Boden oder Sediment angewandt werden. Hierzu wird die DNA aus der Umweltprobe isoliert. Aus dieser sog. eDNA (environmental DNA) kann dann das vorkommende Artenspektrum mittels DNA-Metabarcoding analysiert werden.