Využití DNA barcodingu k detekci falšování potravin

Tereza Mikysková

Bachelor's thesis

Application of DNA barcoding for food fraud detection

Abstract:

Za falšování potravin je považováno úmyslné klamání zákazníka, nejčastěji za účelem ekonomického zisku. Může jím být například substituce, ředění, přidávání nežádoucích a nedeklarovaných příměsí a nesprávné označování. Nejčastěji jsou falšovány drahé komodity, jako je víno a ryby. Dnes se pro autentizaci potravin využívá mnoho metod, ale pozornost je věnována zejména metodám molekulárním, jako je např. DNA barcoding. DNA barcoding je molekulární metoda, která byla poprvé navržena v roce 2003. Využívá krátkých úseků DNA, které slouží jako „čárové kódy“ pro identifikaci biologických druhů. Pro živočišnou říši je nejčastěji aplikován barcode COI nebo cytb, díky kterým je možné identifikovat téměř všechny živočišné druhy. Pro rostlinnou říši byly barcody navrženy později než pro říši živočišnou a dodnes neexistuje jediný barcode, který by bylo možné uplatnit pro identifikaci všech rostlinných druhů. Využívány jsou zejména barcody rbcL, matK, trnH-psbA a ITS. Extrakce DNA je prvním krokem DNA barcodingu. Je to proces separace DNA od buněčných membrán a lze ho provést řadou metod, jako je fenol-chloroformová metoda, chromatografické metody nebo CTAB. Volba metody extrakce DNA z potravin závisí na druhu potraviny, neboť prochází různou mírou zpracování a může obsahovat látky, jako jsou alkaloidy nebo tuky, které ovlivňují množství a kvalitu extrahované DNA. Tato DNA je dále amplifikována pomocí klasické PCR nebo qPCR, která umožňuje sledování produktů reakce v reálném čase. Pořadí jednotlivých bází DNA je možné zjistit pomocí sekvenačních metod. Tyto metody se rozdělují na metody první generace, mezi které řadíme především Sangerovu metodu, která je stále nejvyužívanější metodou pro analýzu COI a metody nové generace, z nichž nejvyužívanější jsou Illumina a Ion Torrent. Posledními kroky v procesu DNA barcodingu je úprava dat ze sekvenace pomocí různých bioinformatických nástrojů a jejich srovnání se sekvencemi v referenční databázi. Díky DNA barcodingu je možné identifikovat potraviny rostlinného původu, jako jsou luštěniny, olivový olej, koření a ovoce, i živočišného původu, jako jsou ryby, mořské plody a mléko a mléčné výrobky.

Abstract:

Food fraud is considered to be the intentional deception of a customer, usually for ecenomic gain. This may include, for example, substitution, dilution, addition of undesirable and undeclared additives and mislabeling. Most commonly adulterated comodities include expensive comodities such as vine and fish. Today, many methods are used to authenticate food, but the focus is on molecular methods such as DNA barcoding. DNA barcoding is a molecular method first introduced in 2003. It uses short parts of DNA that serve as „barcodes“ for the identification of species. For the animal kingdom, the most commonly applied barcodes are the COI and cytb barcodes, which make it possible to identify almost all animal species. Barcodes for plants were proposed later than for the animal species and there is no single barcode that can be applied for the identification of all plant species to date. In particular, the barcodes rbcL, matK, trnH-psbA and ITS have been used. DNA extraction is the first step of DNA barcoding. It is the process of separating DNA from cell membranes and can be performed by various methods such as the phenol-chloroform method, chromatographic methods or CTAB. The choice of method for extracting DNA from food depends on the type of food, as it undergoes varying degrees of processing and it may contain substances such as alkaloids or fats that affect the quantity and quality of the extracted DNA. Further, extracted DNA is amplified by conventional PCR or qPCR, which allows real-time monitoring of the reaction products. The order of the DNA bases can be determined by sequencing methods. These methods are divided into first-generation methods, which include mainly the Sanger method, which is still the most frequently used method for COI analysis, and next generation sequencing methods, of which the most used are Illumina and Ion Torrent. The final steps in the DNA barcoding process are the editing of the sequencing data using various bioinformatics tools and their comparison with the sequences in reference databases. DNA barcoding makes it possible to identify foods of plant origin, such as legumes, olive oil, spices and fruits, as well as foods of animal origin, such as fish, seafood and dairy products.

Keywords

falšování potravin, NGS, qPCR, DNA barcoding

Keywords

DNA barcoding, food fraud, NGS, qPCR

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 23. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Jakub Vašek, Ph.D.
• Reader: Petra Hlásná Čepková, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Food Quality and Processing of Agricultural Products