Wetenschap - 12 oktober 1995

Het heilige gen in de biologie

Het heilige gen in de biologie

Studium Generale buigt zich over de dominante rol van DNA

Biologen fixeren zich te veel op genen en DNA als enige oorzaken van eigenschappen. Ze moeten meer onderzoek doen naar omgevingsfactoren. Dat vinden kritische biologen als B. Goodwin en R.C. Lewontin. Goodwin wil met computersimulaties de tijdloze fysische en chemische wetten achterhalen die de vele vormen in de biologie bepalen. Hij is een van de sprekers in de lezingenserie van Studium Generale, In de naam van de vader, de zoon en het heilige gen.


Zelfs al kende ik de volledige moleculaire specificatie van elk gen in een organisme, dan zou ik nog niet kunnen voorspellen wat dat organisme zou zijn." Dat schrijft ontwikkelingsbioloog R.C. Lewontin in zijn boek De DNA-doctrine (1994). Al sinds de jaren zeventig verzet Lewontin zich tegen het idee dat het leven wordt gecontroleerd door DNA. Er is een voortdurende wisselwerking tussen het DNA en de omgeving, betoogt hij. Daarnaast is er ook nog eens ontwikkelingsruis. Een fruitvliegje heeft bijvoorbeeld links en rechts dezelfde genen. Maar het aantal borstelhaartjes onder de vleugels links en rechts verschilt en is bovendien niet te voorspellen. De verschillen liggen niet aan de omgeving, verklaart de Amerikaanse hoogleraar. Want aan beide kanten van het jonge vliegje heersen dezelfde vochtigheid, temperatuur en zuurstofconcentratie: Er is sprake van een willekeurige variatie in de groei en de deling van de cellen."

Dit kanselement acht Lewontin een belangrijke bron van variatie binnen een soort. Onderzoek naar ontwikkelingsruis zou volgens hem geheel nieuwe inzichten kunnen opleveren. Bij mensen weten we bijvoorbeeld niet hoeveel van de verschillen tussen individuen een gevolg zijn van willekeurige verschillen in de groei van de neuronen, tijdens de embryonale fase en de vroege jeugd."

Meestergenen

Het biologische dogma dat Lewontin tracht te relativeren, wordt wel aangeduid als neo-darwinisme of reductionisme. Theoretisch bioloog dr C.N. van der Weele spreekt van de dominante genetische benadering. Zij promoveerde in juni aan de Vrije Universiteit op dit onderwerp.

De dominante benadering gaat ervan uit dat genen en hun produkten (RNA en eiwitten) de ontwikkelingsprocessen sturen. Binnen de genen is er een hierarchie met bovenaan meestergenen of controle-genen. Hun produkten remmen of stimuleren andere genen. In deze visie is de enige rol van omgevingsfactoren deze meestergenen aan te schakelen.

De dominantie van het DNA-denken blijkt uit de woorden meestergenen en controle-genen, betoogt Van der Weele. Onderzoekers praten ook wel over het genetisch programma, alsof daarin alle informatie voor de ontwikkeling ligt opgeslagen. De moderne leerboeken in de ontwikkelingsbiologie zijn vrijwel geheel geconcentreerd op de rol van genen; invloeden uit de omgeving zijn verbannen naar de voetnoten.

Van der Weele noemt in haar proefschrift Images of development legio voorbeelden die aantonen dat de omgeving net zo goed als DNA de ontwikkeling stuurt. Bij bepaalde krokodillesoorten is bijvoorbeeld de temperatuur tijdens de ontwikkeling van het ei bepalend voor het geslacht. Bij twintig graden ontwikkelen zich alleen vrouwtjes, bij dertig graden alleen mannetjes en bij veertig graden weer alleen vrouwtjes. Bij aardappelcyste-aaltjes bepaalt de hoeveelheid voedsel de sekse, zo is sinds kort bekend. Er zijn diersoorten waarvan de embryo's bij aanwezigheid van soortgenoten minder hard groeien. Bij bladluizen bepaalt het seizoen of mannetjes of vrouwtjes ontstaan, met of zonder vleugels. Meer onderzoek in deze richting zal leiden tot meer onderwijs in omgevingsfactoren, voorspelt de Amsterdamse bioloog. En daardoor komen studenten weer sneller op het idee om onderzoeksvragen in die richting te stellen.

Ook de Engelse ontwikkelingsbioloog prof. dr B. Goodwin wil het dominante genetische denken relativeren. Maar hij komt tot een ander type biologisch onderzoek: met computersimulaties wil hij de tijdloze fysische en chemische wetten achterhalen die de vele vormen in de biologie bepalen.

Ribbeltjes

Zand op een houten vioolblad vormt bepaalde ribbeltjes, afhankelijk van hoe het blad resoneert. Zo vormen trillend water en kristallen ook patronen. Al ken je de formules van zand, water en kristallen, dan weet je nog niet welke patronen ze zullen vormen. Voor eiwitten en genen geldt hetzelfde. De formules ervan kennen, betekent nog niet dat je weet hoe de stoffen zich in de tijd en de ruimte ordenen tot vormen.

In het model van Goodwin zijn genen en eiwitten slechts enkele van de parameters die de groei bepalen. Een eenvoudig voorbeeld is de zebrahuid. De snelheid waarmee eiwitten die kleurstoffen aanmaken en remmen zich verspreiden over de cel, bepaalt het gestreepte patroon. Goodwin wil weten welke wetten aan zulke patronen ten grondslag liggen. Met computersimulaties heeft hij de groei nagebootst van een eencellige alge. Na invoering van de parameters die de groei bepalen, kwam er tot zijn verrassing een patroon uit dat overeenkomt met de vertakte krans van uitsteeksels die de alge vormt.

De Wageningse geneticus en evolutiebioloog prof dr R.F. Hoekstra rekent zich zichzelf als betrekkelijk ouderwetse reductionist" tot de neo-darwinisten. Hij kan zich maar matig vinden in de kritiek op zijn club. Als je genetici echt doorvraagt over hun werk, weten zij ook wel dat DNA niet als enige het leven bepaalt, is zijn ervaring. In Wageningen wordt bijvoorbeeld veel onderzoek gedaan naar de vraag hoe omgevingsfactoren als schimmelstofjes en rood licht de groei van planten beinvloeden. Hoekstra geeft wel toe dat denken in termen van a veroorzaakt b voor genetici erg verleidelijk is. Dat is makkelijker dan rekening houden met meerdere factoren. En hij constateert ook wel een zekere beroepsdeformatie, gezien het feit dat de moderne leerboeken zich zo richten op DNA.

Maar die huidige vernauwing tot genen is wel te begrijpen, relativeert hij: We hebben nu prachtige methoden om de genetische aspecten te achterhalen; dat heeft geleid tot een enorme bloei van de ontwikkelingsbiologie." Hoekstra ziet ook niet zo goed hoe je om de genen heen kunt. Wanneer je bijvoorbeeld wilt begrijpen hoe een hogere temperatuur leidt tot een andere sekse, kom je toch weer bij de genen en hun eiwitten terecht.

In de aanpak van Goodwin kan Hoekstra zich niet zo goed vinden. Ik zie nog niet hoe je hier experimenteel onderzoek aan kunt koppelen." Het genenonderzoek levert momenteel veel nieuwe inzichten op, merkt de hoogleraar op. En hij is er nog niet van overtuigd dat biologen dingen missen, doordat ze zich concentreren op DNA.

Veldkennis

Dierkundige prof dr J.W.M. Osse merkt na enige aarzeling op dat er wel degelijk delen van de biologie dreigen te verdwijnen, waaronder studies die de invloed van omgevingsfactoren meten. En met de veldkennis van biologen is het slecht gesteld. Osse constateert daarnaast dat de genetici zich in hun vragen nauwelijks laten leiden door de populatie- en individu-biologen. Zij doen bijvoorbeeld onderzoek naar verschillen in vinontwikkeling bij vissen. Zijn er ook verschillen te vinden in genexpressie? Individu-biologen kunnen zulke complexe vragen meestal niet zelf op DNA-niveau beantwoorden, omdat ze al zoveel andere dure technieken moeten toepassen.

Van der Weele stelt in haar proefschrift dat de invalshoeken die biologen kiezen niet neutraal zijn. Dat blijkt duidelijk in de geneeskunde. Als je je bij onderzoek naar een ziekte richt op de genen, dan zal genetische modificatie als therapie voor de hand liggen. Kijkt je naar de omgevingsfactoren, dan ligt de oplossingsstrategie in de verandering van de omgeving.

Zulke keuzes hebben verstrekkende gevolgen. Sinds kort is bijvoorbeeld bekend dat bestrijdingsmiddelen de ontwikkeling van embryo's negatief beinvloeden. Was dat onderzoek eerder gedaan, dan waren bepaalde bestrijdingsmiddelen misschien al uit de markt genomen. Van der Weele stelt voor om impactstudies te doen van keuzes in de biologie, zodat duidelijk wordt wat biologen precies wel of niet weten na een onderzoek. Tot welke maatschappelijke aanbevelingen en instituties leidt het onderzoek? Er is vaak geen principiele reden om voor DNA te kiezen, alleen de macht van de gewoonte."

Lezingenserie Studium Generale: In de naam van de vader, de zoon en het heilige gen.

12 Oktober Goodwin, 19 oktober Kruier (RUG), 26 oktober Van Der Weele. Op 13 oktober leidt Goodwin om 13.00 uur een workshop over het thema evolutie.

Re:ageer