Onze voorouder hield van warmte
08-03-2006
Een groep Heidelbergse bioinformatici ontwikkelde software voor een sleutelgenen-zoekmachine. Met de gegevens die daaruit rolden, maakten ze een nieuwe levensboom. Die brengt duidelijker dan ooit in kaart hoe de evolutie zich voltrok.
Geschreven voor Noorderlicht.
Sinds de verschijning van ‘The Origin of Species’ van Charles Darwin hebben verschillende biologen de evolutie in kaart proberen te brengen met levensbomen. Darwin tekende in zijn schetsboek een klein boompje dat zijn idee van een gemeenschappelijke voorouder illustreerde. Nieuwe informatie zorgde steeds weer voor veranderingen en aanvullingen. De nieuwe Heidelbergse boom met ‘hoge resolutie’, kwam tot stand door in het DNA van heel veel levende wezens te zoeken naar een aantal sleutelgenen.
De verzameling van alle genen van een organisme wordt genoom genoemd. Een bestand dat een gen beschrijft staat vol met strengen letters: GGAGTGAAAGAT GGT CAAAAATT GATGA TGATA GGTACAGCT GATGAG ATTGTGAAAGCTCC, enzovoorts. Je kunt met de gegevens van het menselijke genoom alleen al tweehonderd telefoonboeken voltypen. Deze overweldigende hoeveelheid letters maakt het ordenen en vergelijken van organismen behoorlijk lastig.
Bioinformaticus Berend Snel werkte mee aan de ontwikkeling van de software voor de zoekmethode. “Ik heb in Heidelberg achterlijk veel geleerd over de sequenties van genomen”, vertelt hij. “Sinds genomen in kaart worden gebracht zijn er afspraken gemaakt over de manier waarop de eigenschappen worden opgeschreven. Je kunt ze op het internet opzoeken als je er onderzoek mee wilt doen.” Om tussen verschillende wezens de onderlinge verbondenheid vast te stellen, zochten de onderzoekers naar die stukjes gen die door miljoenen jaren heen te herkennen zijn. De 31 genenstukjes die ze uiteindelijk gebruikten, komen bij een groot aantal organismen voor, van bacteriën tot de mens. Ieder stukje bestond uit een piepklein stukje DNA van ongeveer driehonderd letters.
Genomen werden door de zoekmachine gehaald en onderzocht op de aanwezigheid van deze stukjes gen. De familiebanden werden zichtbaar. Tricky business, want er bestaan ook misleidende genen. Hoewel de meeste organismen hun genen van hun ouders erven, zijn er ook die genen ruilen met hun naaste buren, een verschijnsel dat Horizontal Gene Transfer (HGT) wordt genoemd. En die genen zouden het hele schema van het overerven van eigenschappen vertroebelen.
“Je kunt je de overerving van DNA voorstellen als slierten spaghetti”, verduidelijkt Snel. “Als je die spaghettilijnen volgt, volg je de afstamming. HGT zorgt ervoor dat een streng van de ene bundel spaghetti oversteekt naar een ander organisme en mee gaat lopen met de andere bundel. De verwarring die hierdoor kan ontstaan vermeden we door die genenstukjes te gebruiken waarbij dit verschijnsel niet voorkomt.” Met deze methode kwamen de biologen tot nu toe onbekende details van de vroege evolutie te weten.
De tak van de boom waarin wij zitten, begint met sporenvormende bacteriën die leefden bij een hoge temperatuur. “Deze levensboom geeft een nieuw referentiekader,” zegt Snel. ‘Met deze boom kunnen we genetisch materiaal van onbekende organismen beoordelen.” De Heidelbergse onderzoeksgroep bestudeert het genetische materiaal in druppeltjes modder en zeewater van de oceaanbodem. “In die druppels stikt het van de bacteriën. Als je de sleutelgenen eruit kunt halen, kun je die vergelijken met de genomen in de database. Zo kom je erachter waar je mee te maken hebt. Het is een totaal andere manier om naar microbiologisch leven te kijken. Ik vind het een heel mooie boom.“
Gerda Bosman
Francesca D. Ciccarelli, Berend Snel, Peer Bork e.a.: “Toward Automatic Reconstruction of a Highly Resolved Tree of Life”, Science, 3 maart 2006.
Geef een reactie