Лаборатория за молекулярна таксономия и екология
ДНК методите вече са незаменими в съвременните биологични изследвания, тъй като предлагат безпрецедентни нива на прецизност, ефективност и обхват. Методи като ДНК баркодиране, анализ на ДНК на околната среда (еДНК) и популационна геномика са особено трансформиращи в области като таксономията, екологията и еволюционната биология, ускорявайки идентификацията и откриването на видове, както и широкомащабно наблюдение и опазване на биоразнообразието. Освен това, ДНК методите постепенно ще заменят традиционните подходи за мониторинг на биоразнообразието, наблюдение на патогени и криминология, което означава, че националните институти и агенции трябва да предвидят развитието на подходяща експертиза, за да отговарят на европейските и международните стандарти. Поради това, създаването на технологична инфраструктура и изграждането на независима експертиза за ДНК изследвания на биоразнообразието е от съществено значение за всяка изследователска институция, за да се разшири капацитета и да се увеличат възможностите за изследвания и обучение, в съответствие със стандартите и практиките на международно ниво. В този контекст Националният природонаучен музей към Българската академия на науките през октомври 2025 г. откри своя лаборатория за молекулярна таксономия и екология.
Цел на лабораторията
Лабораторията за молекулярна таксономия и екология ще бъде изцяло посветена на прилагането на различни ДНК техники за подпомагане на изследванията, мониторинга и опазването на биоразнообразието. Това включва например: ДНК баркодиране и метабаркодиране, анализ на ДНК проби от околната среда (eDNA) включително метагеномни анализи на микробни и гъбични съобщества, популационна генетика и геномика, рутинно генотипизиране на организми за генетичен мониторинг, филогенетични изследвания или още оценка на генетичното здраве за видове с консервационна значимост (т.е. характеризиране на инбридинг, генетичен дрейф, генетично разнообразие, генен поток или генетични ефекти като „гърло на бутилка“). Бъдещи анализи могат да включват и генерирането на висококачествени референтни геноми за българските видове.
По този начин лабораторията отговаря на изследователските стремежи на голяма част от учените и преподавателите в музея и им дава възможност да извършват своите изследвания. Следвайки възможно най-високите стандарти по отношение на методологична взискателност и безопасност, ДНК лабораторията е разделена на две помещения — пре-PCR (pre-PCR) и пост-PCR (post-PCR). В помещението пре-PCR се извършва по-голямата част от лабораторната работа, като обработката на проби, фрагментиране, извличане и манипулация на ДНК, включително измервания на концентрация, подготовка на PCR реагенти или подготовка на библиотеки за директно геномно секвениране. Помещението за пост-PCR служи за PCR амплификация и манипулиране на амплифицирана ДНК като гел електрофореза, pooling на ампликони, подготовка на библиотека за ДНК метабаркодиране или директно секвениране (напр. секвениране с Oxford Nanopore minION).
Приложения
Лабораторията подпомага проучвания, включващи широка гама от типове проби — животински и растителни тъкани, почва, вода, съдържание на стомашно-чревен тракт или изпражнения, за изследвания, вариращи от идентификация на видовете и мониторинг до анализ на хранителен режим и микробиом или ДНК характеризиране на паразити, патогени и паразитоиди. Проучванията включват рутинен анализ на смесени проби от членестоноги от полеви проучвания или музейни образци. Лабораторията не е пригодена за молекулярни анализи на РНК или древна ДНК, но анализът на историческа ДНК би трябвало да бъде реализуем. Лабораторията, също така, на този етап не е пригодена за внедряване на други молекулярни методи, които не са базирани на ДНК, като протеомика, имунология, дозиране на хормони или други техники, като култивиране на микроорганизми, кариотипиране, хистология и т.н.
Практическа информация
Лабораторията има за цел да бъде споделено пространство, където всеки да се чувства добре дошъл и да разполага със свободата да извършва работа и да изпълнява протоколи самостоятелно и по най-удобния възможен график. Въпреки това, за да се гарантира спазването и поддържането на най-високите стандарти (което също е от съществено значение за гарантиране на качеството на произведените данни), правилатаза използване на лабораторните помещения и оборудване трябва да се спазват от всички.
Ръководител на лабораторията е Ива Караиванова. Тя следи за реда и прилагането на правилата за ползване. Установени са процедури за първоначално обучение по безопасност, изхвърляне на отпадъци и хигиенни практики (почистване, използване на пространството, шкафовете, хладилниците и фризерите, използване общите химически продукти, почистване на лабораторните престилки, и т.н.). Допълнителни процедури се прилагат за движението между лабораторните пространства, най-вече правилото, че работата в помещението пост-PCR изключва всяко по-нататъшно използване на лабораторията пре-PCR за същия ден. Поддържането на контролирана среда е от решаващо значение за получаване на възпроизводими резултати. Въвеждането на допълнително оборудване, несвързано с анализа на ДНК, значително увеличава риска от замърсяване, което е особено проблематично за проучвания, включващи музейни образци или други чувствителни проби. Помещението пост-PCR може да съхранява реагенти за други лабораторни приложения, но предвид малкия ѝ размер, интегрирането на допълнителни изследователски функции е ограничено.
Цел на лабораторията
Лабораторията за молекулярна таксономия и екология ще бъде изцяло посветена на прилагането на различни ДНК техники за подпомагане на изследванията, мониторинга и опазването на биоразнообразието. Това включва например: ДНК баркодиране и метабаркодиране, анализ на ДНК проби от околната среда (eDNA) включително метагеномни анализи на микробни и гъбични съобщества, популационна генетика и геномика, рутинно генотипизиране на организми за генетичен мониторинг, филогенетични изследвания или още оценка на генетичното здраве за видове с консервационна значимост (т.е. характеризиране на инбридинг, генетичен дрейф, генетично разнообразие, генен поток или генетични ефекти като „гърло на бутилка“). Бъдещи анализи могат да включват и генерирането на висококачествени референтни геноми за българските видове.
По този начин лабораторията отговаря на изследователските стремежи на голяма част от учените и преподавателите в музея и им дава възможност да извършват своите изследвания. Следвайки възможно най-високите стандарти по отношение на методологична взискателност и безопасност, ДНК лабораторията е разделена на две помещения — пре-PCR (pre-PCR) и пост-PCR (post-PCR). В помещението пре-PCR се извършва по-голямата част от лабораторната работа, като обработката на проби, фрагментиране, извличане и манипулация на ДНК, включително измервания на концентрация, подготовка на PCR реагенти или подготовка на библиотеки за директно геномно секвениране. Помещението за пост-PCR служи за PCR амплификация и манипулиране на амплифицирана ДНК като гел електрофореза, pooling на ампликони, подготовка на библиотека за ДНК метабаркодиране или директно секвениране (напр. секвениране с Oxford Nanopore minION).
Приложения
Лабораторията подпомага проучвания, включващи широка гама от типове проби — животински и растителни тъкани, почва, вода, съдържание на стомашно-чревен тракт или изпражнения, за изследвания, вариращи от идентификация на видовете и мониторинг до анализ на хранителен режим и микробиом или ДНК характеризиране на паразити, патогени и паразитоиди. Проучванията включват рутинен анализ на смесени проби от членестоноги от полеви проучвания или музейни образци. Лабораторията не е пригодена за молекулярни анализи на РНК или древна ДНК, но анализът на историческа ДНК би трябвало да бъде реализуем. Лабораторията, също така, на този етап не е пригодена за внедряване на други молекулярни методи, които не са базирани на ДНК, като протеомика, имунология, дозиране на хормони или други техники, като култивиране на микроорганизми, кариотипиране, хистология и т.н.
Практическа информация
Лабораторията има за цел да бъде споделено пространство, където всеки да се чувства добре дошъл и да разполага със свободата да извършва работа и да изпълнява протоколи самостоятелно и по най-удобния възможен график. Въпреки това, за да се гарантира спазването и поддържането на най-високите стандарти (което също е от съществено значение за гарантиране на качеството на произведените данни), правилатаза използване на лабораторните помещения и оборудване трябва да се спазват от всички.
Ръководител на лабораторията е Ива Караиванова. Тя следи за реда и прилагането на правилата за ползване. Установени са процедури за първоначално обучение по безопасност, изхвърляне на отпадъци и хигиенни практики (почистване, използване на пространството, шкафовете, хладилниците и фризерите, използване общите химически продукти, почистване на лабораторните престилки, и т.н.). Допълнителни процедури се прилагат за движението между лабораторните пространства, най-вече правилото, че работата в помещението пост-PCR изключва всяко по-нататъшно използване на лабораторията пре-PCR за същия ден. Поддържането на контролирана среда е от решаващо значение за получаване на възпроизводими резултати. Въвеждането на допълнително оборудване, несвързано с анализа на ДНК, значително увеличава риска от замърсяване, което е особено проблематично за проучвания, включващи музейни образци или други чувствителни проби. Помещението пост-PCR може да съхранява реагенти за други лабораторни приложения, но предвид малкия ѝ размер, интегрирането на допълнителни изследователски функции е ограничено.