Pracownia Technik Molekularnych i Biometrycznych

Pracownia Technik Molekularnych i Biometrycznych

Pracownia to nowoczesne laboratorium genetyczne, specjalizujące się w szerokim zakresie badań z dziedziny genetyki molekularnej, ewolucyjnej i konserwatorskiej. Jej działalność ma charakter interdyscyplinarny i obejmuje badania na styku archeologii, biogeografii, ekologii oraz biologii molekularnej. Zespół skupia się przede wszystkim na analizie „trudnego” DNA – od materiału współczesnego pozyskiwanego nieinwazyjnie (np. z piór czy odchodów), przez DNA środowiskowe (eDNA), aż po historyczne i silnie zdegradowane próbki pochodzące z okazów muzealnych i archeologicznych (aDNA).

Pracownicy:
prof. dr hab. Wiesław Bogdanowicz (kierownik)
prof. dr hab. Tadeusz Malewski
dr Hanna Panagiotopoulou-Stawnicka
dr Anna Sztencel-Jabłonka
mgr inż. Monika Patrzyk (kierownik laboratorium)
mgr Aleksandra Bilska
mgr Anna Santorek

Doktoranci:
mgr Aleksandra Gwiazdowska

Tematyka badawcza oraz słowa kluczowe:
• Taksonomia i filogenetyka – genetyczny barcoding (w tym metabarcoding) i analizy filogenetyczne, identyfikacja gatunków.
• Genomika i transkryptomika – sekwencjonowanie genomów i analiza ekspresji genów.
• Genetyka populacyjna i filogeografia – badanie zmienności genetycznej, struktury populacji i procesów takich jak chów wsobny, istotnych dla ochrony gatunków.
• Genetyczne monitorowanie bioróżnorodności – wykorzystanie eDNA (z próbek wody, powietrza, osadów) do oceny różnorodności biologicznej.
• Forensic DNA i archeogenomika – analizy historycznego DNA (aDNA) z próbek kopalnych, muzealnych oraz śladów sądowych.
• Fitopatologia molekularna i diagnostyka DNA – wykorzystanie metod genetycznych do identyfikacji patogenów roślin i nicieni kwarantannowych.

Priorytetowe kierunki badań
• Badania psowatych – analizy genetyczne wilków, szakali i dzikich psów Eurazji i Afryki (zmienność, migracje, hybrydyzacja).
• Genetyka psa domowego – poszukiwanie molekularnych podstaw ewolucji i zachowań (np. molekularne podstawy wokalizacji u psów i wilków).
• Archeogenetyka – badania DNA szczątków ludzkich (Mazowsze, Podlasie, cmentarzyska w Bodzi i Ciepłem, Piastowie, Słowianie).
• Paleośrodowisko i badania koprolitów – analizy starożytnego DNA z guana nietoperzy.
• Analizy historyczne i sądowe – m.in. identyfikacja szczątków Mikołaja Kopernika, ekspertyzy sądowe i dla policji.
• Ochrona jesiotrów – wsparcie programów reintrodukcji jesiotra ostronosego do Bałtyku.
• Fitopatologia molekularna – identyfikacja patogenów drzew i nicieni kwarantannowych, badania mechanizmów wirulentności oraz rozwój testów diagnostycznych wspierających ochronę lasów i upraw.

Słowa kluczowe: taksonomia i filogenetyka; genomika i transkryptomika; genetyka populacyjna i filogeografia; genetyczne monitorowanie bioróżnorodności; forensic DNA; archeogenomika; fitopatologia molekularna.

Infrastruktura i organizacja pracy
Sprzęt
• Sekwenatory DNA (Illumina, Nanopore),
• Zrobotyzowane stacje,
• Aparatura do qPCR,
• Dedykowany Clean Lab do pracy z antycznym DNA.
Procedury i jakość
• Ścisły rozdział stref pre-PCR i post-PCR,
• Oddzielne, walidowane protokoły dla różnych typów próbek,
• Autentykacja wyników przez analizę wzorców uszkodzeń DNA,
• Regularna kalibracja sprzętu i optymalizacja metod.
Podział przestrzenny laboratoriów
1. Clean Room (dla aDNA)
2. Laboratorium DNA historycznego/sądowego (pre-PCR)
3. Laboratorium DNA współczesnego (pre-PCR)
4. Strefa post-PCR
Zasada nadrzędna: ścisłe rozdzielenie procesów pre-PCR i post-PCR, aby zapobiegać kontaminacji próbek.

Najważniejsze osiągnięcia:
1. Archiwum w cieniu skrzydeł: 4300 lat historii Jamajki zapisane w guanie nietoperzy
Analizy starożytnych, liczących 4300 lat pokładów guana nietoperzy z Jamajki ujawniły sekwencje DNA owadów (m.in. chruścików, motyli i jętek), wskazując na ich dominację w dawnej diecie nietoperzy. Profile pyłkowe odzwierciedliły zmiany w roślinności związane z użytkowaniem terenu i wpływem huraganów (Bogdanowicz et al., 2020, Quaternary International). Badania stabilnych izotopów pozwoliły zrekonstruować historię rolnictwa, w tym uprawę trzciny cukrowej i stosowanie nawozów (Gallant et al., 2020, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology). Opracowano również metodę nieinwazyjnej analizy składu chemicznego guana, umożliwiającą retrospektywne badanie strategii żerowania nietoperzy na przestrzeni 4000 lat (Gallant et al., 2021, Journal of Geophysical Research – Biogeosciences).
2. Geny patogeniczności: molekularne podstawy choroby wiązkowej sosny Bursaphelenchus xylophilus, jeden z najgroźniejszych agrofagów lasów iglastych wpisany na listę A1 EPPO, rozprzestrzenił się z Ameryki Północnej do Azji
Wschodniej i Europy Południowej, powodując poważne straty gospodarcze i ekologiczne. Porównanie genomów szczepów wirulentnych i awirulentnych ujawniło 1576 różnicujących je genów (Filipiak et al., 2021, Molecular Genetics and Genomics), związanych m.in. z proteolizą, transportem jonów i biosyntezą NAD. Wyniki te pozwoliły po raz pierwszy tak szeroko opisać molekularne podstawy choroby wiązkowej sosny i wskazały nowe możliwości jej zwalczania.
3. Genetyczne markery płci u jesiotrów: nowe narzędzia dla akwakultury i ochrony gatunków.
Badania nad genomem, epigenomem i transkryptomem jesiotra ostronosego (Acipenser oxyrinchus) i syberyjskiego (A. baerii) ujawniły 204 potencjalne markery płci, z czego 11 DNA i 41 RNA różnicowało samce i samice (Panagiotopoulou et al., 2023, Aquaculture). Szczególnie obiecujące okazało się sześć markerów RNA, które mogą posłużyć do opracowania prostych i mało inwazyjnych testów wczesnej identyfikacji płci, istotnych dla hodowli jesiotrów., wspierając zarówno akwakulturę, jak i programy ochrony tych zagrożonych gatunków.
4. Nie taki obcy: genetyczne śledztwo w sprawie szakala złocistego
Badania nad szakale złocistym (Canis aureus) obaliły stereotypy o jego inwazyjnym charakterze. Analiza Rutkowskiego et al. (2015, PLoS ONE) wykazała naturalną ekspansję z dwóch źródeł (Bałkany, Kaukaz) oraz istnienie izolowanych populacji wyspowych. Najnowsze prace całogenomowe ujawniły mozaikowy model ekspansji, lokalne hybrydyzacje z psami i naturalne kolonizacje zachodniej i północnej Europy (Stefanovic et al., 2024, Biological Conservation; Bogdanowicz et al., 2025, Mammal Research).
5. Od ulicy do rodowodu: genetyczna opowieść o ewolucji psów
Badania nad psami wolno żyjącymi (FBDs) w Eurazji pokazały ich odrębność genetyczną od psów rasowych (Pilot et al., 2015, Proceedings of the Royal Society B). Analizy genomowe wskazują, że wiele europejskich ras wywodzi się lokalnie z FBDs, a inne mają wspólne pochodzenie z Azji Wschodniej. Kolejna praca (Pilot et al., 2016, G3: Genes, Genomes, Genetics) wykazała zmiany w regulacji szlaku Hedgehog u psów rasowych, co może być jednym z mechanizmów syndromu udomowienia.
6. Psy Czarnobyla: jak katastrofa jądrowa stworzyła genetyczny eksperyment na żywo
Analizy populacji psów żyjących w Strefie Wykluczenia wykazały istnienie dwóch wyraźnych grup genetycznych, odpowiadających ich lokalizacji (Spatola et al., 2023, Science Advances). Psy te stanowią unikalny model do badań nad wpływem przewlekłego promieniowania na genom i adaptacje zwierząt.
7. Śladami neolitycznych kotów: bliskowschodni przybysze w Europie
Analiza sekwencji mtDNA kopalnych szczątków Felis silvestris wykazała obecność bliskowschodnich haplotypów kota nubijskiego w Europie Środkowej już w okresie neolitu, ponad 2000 lat przed ekspansją rzymską (Baca et al., 2018,
Heredity). Wyniki sugerują, że koty z Bliskiego Wschodu rozprzestrzeniły się wraz z pierwszymi rolnikami, co wskazuje na istnienie co najmniej dwóch niezależnych fal kolonizacji prowadzących do powstania współczesnej puli genowej kota domowego w Europie.
8. Zanik w cieniu człowieka: losy niedźwiedzia jaskiniowego
Analiza mitochondrialnych genomów niedźwiedzi jaskiniowych z Europy późnego plejstocenu ujawniła znacznie bardziej złożoną strukturę populacyjną tego gatunku w ciągu ostatnich 50 tys. lat, niż sądzono wcześniej (Getzinger et al., 2019, Scientific Reports). Rekonstrukcja zmian liczebności, oparta na danych genetycznych, wskazała, że drastyczny spadek populacji rozpoczął się równocześnie z pojawieniem się w Europie człowieka współczesnego. Wyniki badań sugerują, że to właśnie działalność człowieka była jednym z kluczowych czynników prowadzących do wyginięcia niedźwiedzia jaskiniowego.