Evolutionaire genetica

Dr. Bregje Wertheim
Universitair Docent Centrum voor Ecologische en Evolutionaire Studies
Rijksuniversiteit Groningen

Evolutionaire Genetica

“Iedereen is verschillend”; dat lijkt een vreselijke dooddoener, maar is in feite een fascinerend fenomeen. Verschillen tussen individuen worden deels bepaald door verschillen in het DNA. Dat DNA bevat de genen, stukjes DNA die een specifieke (deel)instructie bevatten voor een eigenschap. De verschillen in het DNA bepalen bijvoorbeeld oogkleur, lichaamsbouw of de aanleg voor bepaalde aandoeningen. Het DNA is echter niet allesbepalend: de leefomgeving van een individu, zoals het klimaat of dieet, heeft grote invloed op het uiteindelijke uiterlijk. Ook voor evolutie zijn die kleine verschillen in het DNA van groot belang. Evolutie is een belangrijk mechanisme waardoor populaties zich kunnen aanpassen aan hun veranderlijke leefomgeving, wat uiteindelijk kan leiden tot het ontstaan van nieuwe soorten. De kleine verschillen in DNA vormen de basis voor een evolutionaire aanpassing.

In de laatste 10 jaar is er een revolutionaire ontwikkeling geweest in de technologie om het volledige DNA (het ‘genoom’) van een soort in kaart te brengen. Daarmee kunnen we nu pas onderzoeken hoeveel verschillen er eigenlijk bestaan in het DNA tussen individuen van één soort of van verschillende soorten. Dit heeft geleid tot een aantal opmerkelijke ontdekkingen. Men veronderstelde dat de DNA-fragmenten die niet tot de genen behoren vooral een allegaartje van nutteloze rommel was, oftewel ‘junk’. Nu blijkt dat een groot deel van dat ‘junk’-DNA wel degelijk een functie heeft. Het speelt een belangrijke rol bij het reguleren van de activiteit van genen. Te midden van die ‘junk’ is zelfs een heel nieuw soort genen ontdekt. De verschillen tussen bijvoorbeeld een fruitvlieg en een mens zijn veel kleiner dan men zou denken, terwijl de verschillen tussen individuen van dezelfde soort weer groter kunnen zijn dan gedacht. Nu kunnen we onderzoeken wat de betekenis is van die vele kleine DNA-verschillen op de eigenschappen van een individu.

Mijn onderzoek is gericht op de vraag hoe die verschillen in het DNA onder invloed van de leefomgeving kunnen leiden tot evolutie. Individuen verschillen sterk in de mate van afweer tegen ziekteverwekkers. Maar welke verschillen in het genoom zijn het aangrijppunt voor de evolutie van afweer? Dat inzicht zal ons zowel meer vertellen over de processen en de genen die betrokken zijn bij immuniteit, maar ook duidelijk maken hoe een genoom kan evolueren. Mijn onderzoek heeft aangetoond dat zo’n evolutionaire aanpassing niet zozeer een mutatie is van een specifiek gen, maar dat een heel netwerk van genen verandert. De activiteit van genen wordt bepaald door een complexe wisselwerking tussen honderden genen. Evolutie kan hierop op vele manieren aangrijpen als de populatie wordt blootgesteld aan een (nieuwe) ziekteverwekker. Ik doe mijn onderzoek aan fruitvliegen (Drosophila) en parasitaire sluipwespen, die eitjes leggen in de larve van de fruitvlieg. Een groot voordeel hiervan is de korte generatieduur van de fruitvlieg, het gemak waarmee hun immuunsysteem te onderzoeken is, en de overeenkomsten daarvan met de mens. We vergelijken de genomen van fruitvliegen die van nature een hoge of lage afweer hebben (deels doordat ze in hun leefomgeving in verschillende mate zijn blootgesteld aan die parasiet, deels door andere omgevingsfactoren die van invloed zijn), en van fruitvliegen die wijzelf in het lab hebben laten evolueren naar een verhoogde afweer.

Met mijn onderzoek probeer ik met name fundamentele kennis te verwerven over evolutie, het genoom en afweer. Hoewel zulk onderzoek niet altijd direct zal leiden tot (commerciële) toepassingen, is fundamentele kennis onontbeerlijk voor het vinden van oplossingen voor grote maatschappelijke vraagstukken. De kennis over de complexe wisselwerking tussen het genoom en de leefomstandigheden van een individu is volstrekt ontoereikend om te kunnen voorspellen wat de consequenties zijn voor processen als veroudering, gezondheid, klimaatsverandering, of nieuwe ziektes. Niet iedereen heeft dezelfde aanleg voor bepaalde aandoeningen (zoals vetzucht, kanker, dementie), zoals bekend. Maar wat de invloed is van de leefomstandigheden om met of zonder die aanleg ziek te worden, kon tot voor kort nog niet onderzocht worden. Als je niet weet hoe iets werkt, kun je ook niet overzien wat de mogelijkheden zijn om in te grijpen in zulke processen. Daar ligt de taak en de waarde van fundamenteel onderzoek, om die basale kennis te leveren.

In de huidige Nederlandse politiek is er een tendens om de financiering van fundamenteel onderzoek op te offeren aan ‘de kenniseconomie’. Meestal wordt daarmee bedoeld dat onderzoek gericht moet leiden tot (commerciële) oplossingen. Die insteek is misschien te verdedigen voor de industrie, waar het belang van de aandeelhouder voorop staat. Maar voor de overheid is het domweg kortzichtig: die moet juist het maatschappelijk belang dienen, en heeft daarom de taak om te investeren in fundamentele wetenschap.


Andere bijdragen in Biologie, DNA