Bild: Marina Panova

Främmande arter spåras med hjälp av DNA

DNA-analyser används numera inom allt från brottsutredningar till släktforskning. På senare år har de också blivit allt vanligare inom miljöövervakningen av havet. Med hjälp av mycket små mängder arvsmassa kan forskarna få en bild av den biologiska mångfalden och komma främmande arter på spåren.

Alla djur och växter lämnar DNA-spår efter sig i naturen. Det kan vara fragment av arvsmassa från exempelvis hudceller, saliv eller avföring, som i detta fall benämns eDNA (från engelskans ”environmental DNA”) eller miljö-DNA. Det handlar om mycket små mängder DNA, men utvecklingen inom molekylärbiolog­i har ändå gjort det möjligt att använda det för att ta reda på hur det står till med våra ekosystem. Genom att analys­era eDNA kan forskarna få veta exakt vilk­a organismer som finns i ett område, utan att behöva fånga in dem eller ens få syn på dem.

Mångdubblar mängden DNA

I vatten finns eDNA från olika arter antingen bundet till partiklar eller i ren form fritt i vattnet. För att analysera eDNA tar man ett vattenprov och pressar det genom ett filter med mycket små porer som fångar upp DNA-molekylern­a. På laboratoriet kan DNA:t extraheras från filtret och är sedan redo för vidare analyser.

Övervakning av svartmunnad smörbult pågår. Per Sundberg, professor emeritus i zoologi, tar prover på Björkö i Göteborgs skärgård. Foto: Lise-Lotte Sundberg

Hur själva analysen går till beror på frågeställningen. Vill man ta reda på vilka arter som finns i vattnet använder man en så kallad streckkodningsmetod. Det innebär att allt DNA i provet läses av och jämförs med databaser som innehåller DNA-fragment ("streckkoder”) för en mängd olika arter.

Om man istället letar efter en särskild art kan man använda en PCR-baserad metod, som många blev bekanta med under pandemin. Precis som när man spårar covid i avloppsvatten eller i svalg och näsa, handlar det här om att mångdubbla mängden DNA från en specifik art i ett prov så att det går att mäta. När det gäller eDNA är det i första hand en variant som kallas digital PCR som är aktuell i vår forskargrupp. Det är en mycket känslig metod som gör att man kan upptäcka väldigt låga koncentrationer av den aktuella artens DNA - ett tiotal molekyler i en liter vatten är tillräckligt. Metoden är inte bara väldigt träffsäker, utan dessutom snabb. Två timmar efter att DNA:t har extraherats ur vattenprovet vet man om arten finns på platsen där provet tagits.

På jakt efter invasiv fisk

I vårt projekt har vi bland annat testat den här tekniken för att upptäcka arten svartmunnad smörbult. Det är en liten fisk som härstammar från Kaspisk­a havet men som på senare tid spridi­t sig till både Östersjön och Västerhavet. Svartmunnad smörbult har en otrolig anpassningsförmåga och kan ha stor påverkan på ekosystemen när den etablerar sig i våra vatten. Det gör att den klassas som invasiv och är extra viktig att ha koll på.



Den svartmunnade smörbulten har spridit sig längs den svenska kusten i rask takt. Foto: J.T. Lewis/Shutterstock

När man ska använda en digital PCR-metod måste den först anpassas till DNA:t från den specifika art man letar efter och sedan testas så att den inte ger utslag på närbesläktade arter. I ett första steg kontrollerade vi därför att vår metod inte reagerade på andra smörbultar, som sandstubb eller lerstubb. Därefter testade vi metoden i akvarier med svartmunna­d smörbult. Det blev ett kraftigt utslag, vilke­t visar att arten lämnar tillräckligt stor­a mängder DNA-spår som det går att analysera. När vi testade eDNA-metode­n ute till havs kunde vi konstatera att den fungerade bra även där; den gav utslag på alla platser där vi vet att arten förekommer.

INVASIVA ARTER
Att en art är invasiv betyder att den har spridit sig utanför sitt naturliga utbrednings­område och orsakar problem på de nya platser där den dyker upp, antingen genom att förändra miljön, konkurrera ut inhemska arter eller sprida smittor. Invasiva arter är en anledning till att det är så viktigt att följa främmande arter i våra vatten.

Ovälkommen liten gäst

En annan art vi siktat in oss på är en skal­amöba (foraminifer) som upptäcktes i Gullmarsfjorden 2013 och som fått det tillfälliga namnet Nonionella T1. Fora­miniferer är små encelliga djur som bland annat lever i sediment på havsbotte­n. Nonionell­a T1 har precis som svartmunnad smörbult bedömts som invasiv och har spridit sig till flera fjordar på västkusten.

För snart tio år sedan dök ett mystiskt djur upp på västkusten. Det visade sig vara en skalamöba som inte varit här tidigare och som fick det preliminära namnet Nonionella T1. Foto: Irina Polovodova Asteman

Inventering av foraminiferer baseras traditionellt på deras utseende. De tas upp i sedimentprover och sorteras, räknas och artbestäms under mikroskop - ett arbete som tar många timmar.

Eftersom digital PCR skulle kunna förenkla arbetet avsevärt anpassades vår digitala PCR-metod till DNA från Nonionella T1. Vi analyserade sedimentprover och hittade DNA från Nonionella i både Gullmars­fjorden och Hakefjorden, men inte i Byfjorden eller djupa områden i Skagerrak. Parallellt med eDNA-analysen räknades foraminiferer från samma sedimentprover i mikroskop, och resultatet var slående. Antalet foraminiferer stämde nästan exakt med antalet molekyler som tagits fram i eDNA-analysen. Detta visar att metoden inte bara bekräftar att arten finns där, utan också kan ge en uppskattning om hur tätt arten förekommer på en plats. Arbetet med mikroskop tog flera veckor medan de digitala PCR-analyserna gick på 2 dagar!

DNA I VATTEN
Hur länge finns DNA-spår kvar i vatten efter att en fisk passerat? Studier visar att mängden DNA halverats efter 12-24 timmar, och är borta från vattnet efter 2-5 dagar. Fragment av DNA kan dock falla ner på botten och samlas i sediment där det kan stanna kvar under lång tid.

Viktiga frågor återstår

Digital PCR är i nuläget den mest känsliga och träffsäkra metoden som finns för att upptäcka arter med hjälp av DNA. Intresset inom miljöövervakning är stort, och metoden används alltmer för att leta efter främmande invasiva eller rödlistade arter både i Sverige och utomlands.

Tekniken är dock ny, och fortfarande återstår en del frågor innan metoden kan bli lika säker som kriminaltekniska DNA-analyser. Till exempel finns osäkerheter kopplade till så kallade falska negativa och falska positiva resultat. Falska negativa resultat betyder att man missar att upptäcka en befintlig art. Det kan hända om en viss art släpper ifrån sig väldigt lite DNA, vilket kan vara fallet med många kräftdjur. Det finns också risk att missa arter som bara finns på några få begränsade platser i det område som undersöks. Falska positiva resultat betyder att man får träff på arter trots att de inte finns i området. DNA-molekyler kan ha hamnat i vattnet på andra sätt, till exempel via avrinning från land eller barlastvatten från båtar. Det kan också ske till exempel när en fågel tappar sitt byte eller någon slänger fiskrens i vattnet.


Marinbiologerna Alizz Axberg och Yannic Wocken förbereder vattenprover på labbet inför eDNA-analysen. Foto: Mårten Klinth

Metoderna blir allt bättre

Felaktiga resultat i miljöövervakningen kan få stora konsekvenser. Till exempel kan upptäckten av en invasiv art medföra kostsamma åtgärdsprogram eller regel­ändringar för sjötransport och barlastvatten. Därför är det viktigt att öka säkerheten i eDNA-metoderna. Reda­n nu pågår försök att med hjälp av statistiska modeller beräkna och minimera sannolikheten att missa en befintlig art. Framtida forskning ska också utveckla metoder för att upptäcka falsk förekomst av arter.

Forskarna är eniga om att DNA-metod­erna har stor potential och kan göra miljöövervakningen säkrare, snabb­a­r­e och mer effektiv. På sikt kommer de här metoderna antagligen att vara lika självklara att använda för att spåra arter som de är för att säkra bevis i dagens brottsutredningar.

TEXT OCH KONTAKT
Marina Panova och Per Sundberg, Institutionen för marina vetenskaper, Göteborgs universitet.
marina.panova(snabel-a)marine.gu.se

MER LÄSNING

Bild: {{item.image_copyright}}

{{item.item_head}}

{{item.ii_caption}}

Laddar nästa artikel..