Comparative analysis of species-specific molecular markers of milk identity
Authors: Хан А.В. , Лазарева Е.Г. , Коваль Д.Д. , Фоменко О.Ю. 
Published: September 2024

Обеспечение качества и безопасности продуктов питания – ключевая задача пищевой промышленности. Рост спроса на высококачественные продукты побуждает человечество к борьбе с фальсифицированной продукцией. Молекулярно-генетические методы, включая ПЦР, стали важным инструментом определения видовой принадлежности сырья, используемого для производства продуктов питания в целом и молочных в частности. Эти методы обладают высокой точностью и специфичностью определения генетических характеристик животных и выявления уникальных молекулярных маркеров каждого вида, включая молочный скот. При поиске оптимальных генных мишеней для проведения анализа в контексте идентификации видов сельскохозяйственных животных особое внимание уделяется митохондриальной ДНК (мтДНК), так как митохондриальный геном отличается высокой копийностью и межвидовой вариабельностью. Тем не менее, если результаты анализа митохондриальных мишеней неоднозначны из-за ошибочного подбора видоспецифичных праймеров, получения трудночитаемой электрофореграммы из-за близких по длине ампликонов и т.д., необходимо проведение исследования ядерных генов для подтверждения межвидовых различий близкородственных таксонов скота. Цель исследования – оценка чувствительности метода ПЦР в реальном времени (ПЦР-РВ) при помощи анализа ядерных и митохондриальных генов коровы (Bos taurus). В рамках данного исследования анализируемыми мишенями были выбраны фрагменты гена 16S рРНК, ядерных генов AMELX и LALBA. ПЦР-РВ-анализ показал высокую эффективность амплификации выбранных ядерных и митохондриальных мишеней. Динамический диапазон концентраций ДНК для амплификации целевых продуктов находился в широких пределах и уменьшался в ряду 16S рРНК → LALBA → AMELX. Аналитическая чувствительность ПЦР-РВ-систем амплификации коротких диспергированных повторов и 16S рРНК была выше, чем при амплификации амелогенина. Данная работа демонстрирует возможности комплексного анализа молочных продуктов с использованием генетических маркеров различной локализации. Полученные данные позволят усовершенствовать методы контроля качества и аутентичности молока и продуктов на его основе, что, в свою очередь, повысит уровень доверия потребителей к сектору молочной промышленности.

Ensuring food quality and safety is a key task for the food industry. The growing demand for high quality products encourages mankind to fight against adulterated products. Molecular genetic methods, including PCR, have become an important tool for determining the species identity of raw materials used for food production in general, and dairy products in particular. These methods have high accuracy and specificity in determining the genetic characteristics of animals and identifying unique molecular markers of each species, including dairy cattle. When searching for optimal gene targets to analyse in the context of farm animal species identification, mitochondrial DNA (mtDNA) has received particular attention because the mitochondrial genome is characterised by high copy number and interspecies variability. Nevertheless, if the results of mitochondrial target analysis are ambiguous due to erroneous selection of species-specific primers, obtaining difficult-to-read electrophoregrams due to amplicons close in length, etc., it is necessary to carry out a study of nuclear genes to confirm interspecific differences in closely related cattle taxa. The aim of the study was to evaluate the sensitivity of the real-time PCR method by analyzing nuclear and mitochondrial genes of the cow (Bos taurus). In this study, fragments of 16S rRNA gene, AMELX and LALBA nuclear genes were selected as analysed targets. The real-time PCR analysis showed high amplification efficiency of the selected nuclear and mitochondrial targets. The dynamic range of DNA concentrations for amplification of target products was within a wide range and decreased in the series: 16S rRNA → LALBA → AMELX. The analytical sensitivity of real time PCR systems for the amplification of short dispersed repeats and 16S rRNA was higher than for the amplification of amelogenin. This work demonstrates the possibilities of complex analysis of dairy products using genetic markers of different localisation. The data obtained will help to improve methods of quality control and authenticity control of milk and milk-based products, which, in turn, will increase consumer confidence in the dairy sector.