Genetische defecten kunnen evolutionair voordeel bieden op langere termijn

No translation available

There is no English translation for this page. The Dutch content is displayed.

29/07/2020

Op het eerste zicht lijkt evolutie een verhaal van continue, stapsgewijze vooruitgang. Wie verzwakt, verliest volgens Darwins wet van survival of the fittest. Toch kunnen genetische defecten, die een organisme in eerste instantie verzwakken, de overlevingskansen op langere termijn vergroten. Deze opmerkelijke bevindingen van bio-ingenieurs aan KU Leuven en VIB betekenen een belangrijke stap in ons begrip van evolutie. 

Om evolutionaire processen te bestuderen, heb je nood aan een goed onderzoeksmodel. Omdat mensen er jaren over doen om zich voort te planten, wenden onderzoekers zich tot andere organismen, gist bijvoorbeeld. Gisten zijn eencellige organismen die zich ongeveer elk anderhalf uur delen: op enkele weken tijd kan je dus honderden generaties kweken.

Jana Helsen (Centrum voor Microbiële en Plantengenetica) kweekte voor haar doctoraatsonderzoek verschillende giststammen en bootste zo evolutie na in het lab. “Enerzijds gebruikten we gewone, ‘gezonde’ gisten, maar in andere stammen schakelden we telkens één gen uit. Deze stammen, die elk een genetisch defect droegen, startten de race dus eigenlijk met een handicap. Tot onze verbazing groeide de meerderheid van deze beschadigde stammen na enkele weken juist sneller dan de stammen waarin we geen gen uitschakelden. Aan het einde van de rit zijn ze dus beter ontwikkeld en planten ze zich sneller voort.”

Baraque Fraiture of Mount Everest
De bevindingen tonen aan dat evolutie niet alleen een verhaal is van continue verbetering. “Je kan de evolutionaire biologie bekijken als een landschap met heuvels en bergen van verschillende hoogte”, legt professor Kevin Verstrepen (KU Leuven en VIB) uit. “De theorie van Darwin stelt dat alle levende wezens met kleine pasjes bergop gaan, naar de top van een lokale berg. Hoe hoger op de berg, hoe beter ze aangepast zijn aan de omgeving. Maar soms blijkt er verderop nog een hogere top te liggen. Wie die andere top wil bereiken, zal eerst echter door een vallei moeten gaan. Normaal gezien kan dat niet, want de evolutionaire race dwingt elk wezen omhoog. Wie omlaag gaat, verliest en sterft uit.” 

“In principe zou evolutie soms vast komen te zitten op een lokale heuvel, de Baraque Fraiture zeg maar, zonder veel perspectief om nóg sterker te worden en de top van de Mont Blanc of de Mount Everest te bereiken. En toch zien we dat evolutie niet stilvalt, en er af en toe dramatische verbeteringen optreden waarbij organismen een nieuwe, hogere piek beklimmen”, vult professor Rob Jelier aan. “Ons onderzoek toont nu aan dat genetische defecten een mogelijke verklaring bieden. Zulke defecten treden spontaan op en ze kunnen een organisme in één klap van een berg doen tuimelen. In eerste instantie verzwakt het organisme, maar met wat geluk krijgen ze vanuit die vallei net toegang tot een hogere piek die niet toegankelijk is voor de gezonde organismen die als het ware gevangen blijven zitten op de lokale Baraque Fraiture.” 

“Dit gebeurt uiteraard niet bij alle genetische defecten: soms verzwakt het organisme in die mate dat het niet meer kan evolueren. Het komt er op aan om snel terug op een piek te geraken, want anders is de evolutie genadeloos. We zien ook dat een defect in verschillende genen met een gelijkaardige functie vaak tot eenzelfde traject naar eenzelfde nieuwe bergtop leidt, of juist naar een diepe vallei waaruit geen ontsnappen mogelijk is. Dit leert ons veel bij over de kaart van het evolutionaire landschap.”

Sprong vooruit 
“Onze resultaten wijzen erop dat genetische defecten niet alleen nadelig zijn”, besluit Jana Helsen. “Ze zijn een noodzakelijk onderdeel van het evolutionair proces omdat ze op iets langere termijn een voordeel kunnen bieden. De evolutie is niet gericht op het individu, wel op de toekomst en de overlevingskansen van de nakomelingen. Een stap achteruit kan daarom soms nodig zijn om vervolgens verder te springen.  Ook de mens heeft gemiddeld wel 100 genen die defect zijn: ze kunnen het individu dus mogelijk wat verzwakken, maar misschien worden de nakomelingen zo wel betere bergbeklimmers.” 

Publicatie
Gene loss predictably drives evolutionary adaptation”, Helsen, Verstrepen, Jelier et al., Molecular Biology and Evolution
 

Deel dit verhaal