DNA-basierte Techniken haben sich in den letzten zehn Jahren zu einer wertvollen
Methode entwickelt, um die Identität von Tieren, Pflanzen und Mikroben schnell und eindeutig zu erfassen (DNA-Barcoding). Neue Hochdurchsatzmethoden (DNA-Metabarcoding) ermöglichen es, diese Analysen nun unmittelbar auf ganze Umweltproben anzuwenden. Das macht es möglich, biologische Proben für die Bewertung von Gewässern schnell und standardisiert zu analysieren. So auch die mit herkömmlichen Methoden genommenen Phytobenthos und Makrozoobenthos-Proben mittels DNA-Metabarcoding parallel zur morphologischen Bestimmung analysiert werden. Hierzu werden ausgewählt, bereits bestimmte Proben in ihrer Gesamtheit zerkleinert (homogenisiert), die DNA aus dem Gewebe extrahiert und mit spezifischen Phytobenthos- und Makrozoobenthos-Primern in einer PCR amplifiziert. Die vervielfältigten DNA-Moleküle werden anschließend sequenziert und können danach bioinformatisch gegen eine Referenz-Datenbank abgeglichen werden. Die so produzierte Taxatabelle kann abschließend mit der vorab erstellten morphologischen Taxaliste abgeglichen werden.
Im GeDNA Projekt wird auch eine vielversprechende Erweiterung dieses Ansatzes geprüft, das eDNA-Metabarcoding. Mit Hilfe von DNA aus Umweltproben (eDNA, ‚environmental DNA) können heute bereits Fische und Amphibien nachgewiesen werden, wenn sie beispielsweise Zellen in das umgebende Wasser abgeben. Es wird dann lediglich eine Wasserprobe entnommen, der Nachweis der Arten erfolgt über die darin enthaltenen DNA-Moleküle.
Das Potenzial von DNA- und eDNA-Metabarcoding wurde für die drei typischen biologischen Qualitätselemente (BQEs) „Fische“, „Phytobenthos“ (insbes. Diatomeen) und „Makrozoobenthos“ in kleineren universitären Pionierstudien getestet (z.B. Zimmermann et al. 2015, Hänfling et al. 2016, Vasselon et al. 2017, Elbrecht et al. 2017). Die Daten zeigen, dass prinzipiell verlässliche und reproduzierbare Ergebnisse über DNA-Metabarcoding geliefert werden können, auch wenn die Abundanzen der Organismen derzeit nur ungenau abgebildet werden.
Im GeDNA Projekt werden derzeit aber innovative Vorschläge entwickelt, um die behördliche Gewässerbewertung mit verlässlichen und reproduzierbaren Ergebnissen aus dem DNA-Metabarcoding zu unterstützen. Dafür werden die mit herkömmlichen Methoden genommenen Phytobenthos und Makrozoobenthos-Proben mittels DNA-Metabarcoding parallel zur morphologischen Bestimmung analysiert. Hierzu werden bereits mit herkömmlichen Methoden untersuchte Proben homogenisiert, die DNA aus dem Gewebe extrahiert und mit spezifischen Phytobenthos- und Makrozoobenthos-Primern in einer Polymerase Kettenreaktion (PCR) amplifiziert. Die vervielfältigten DNA-Moleküle werden anschließend sequenziert und können danach mit Hilfe der Bioinformatik gegen eine Referenz-Datenbank abgeglichen werden. Die so produzierte Taxatabelle kann abschließend mit der vorab erstellten morphologischen Taxaliste abgeglichen werden.
