Wetenschap - 6 september 2012

Evolutie schakelt vaak snel in bacterie

De evolutie van bacteriën blijkt nog complexer en sneller te verlopen dan gedacht. Tot deze conclusie kwam een talentvolle masterstudente tijdens haar afstuderen.

De onderzoekers analyseerden alle  tot nog toe gepubliceerde genomen van bacteriën.
Het is voor Bèta-studenten heel bijzonder om je afstudeerwerk te publiceren, zeker in een uitstekend tijdschrift. De Mexicaanse Mariana Matus-Garcia lukte het met haar onderzoek op de afdeling Systeem- en synthetische biologie. ‘Zij was een hele goede student die echt nog een eigen draai gaf aan het project,' vertelt universitair docent en haar begeleider Mark van Passel trots. ‘Ze is inmiddels overal aangenomen, Cambridge, Heidelberg, maar uiteindelijk heeft ze gekozen voor topuniversiteit MIT.'
Het onderzoek van Matus-Garcia richtte zich op de ‘aan-knop' van bacteriële genen, de zogenaamde promotor. Dit stukje code voor een gen bepaald wanneer het ‘aan' of ‘uit' staat. Genen die je nodig hebt voor overleven moeten bijvoorbeeld altijd aan staan. Anderen alleen als de bacterie in een zuur milieu zwemt of in het donker. De onderzoekers laten nu zien dat deze ‘aan-knoppen' regelmatig lukraak verspringen van gen tot gen in de evolutie van bacteriën.
Wanneer een gen een nieuwe promotor krijgt, kan het een nieuwe functie krijgen. Bovendien kunnen ongebruikte of ‘gestolen' genen gaan werken. Als er door dit herschikken gunstige nieuwe bacterievarianten ontstaan, kan evolutie ze selecteren. De conclusie dat dit verspringen zo vaak voorkomt, maakt duidelijk dat er bij bacteriën nog meer variatie bestaat die evolutie kan selecteren.
Tijdens het experiment analyseerde Van Passel 1362 bacteriegenomen met een computerroutine. Hij zocht hierbij naar promotoren die sterk op elkaar leken. Wanneer twee onverwante genen zo'n promotor hebben, dan is die waarschijnlijk onlangs verdubbeld. Je moet dan wel opletten dat deze verandering niet op een andere manier te verklaren is. ‘Uiteindelijk vonden we bij 60 tot 70 procent promotoren die precies identiek zijn,' zegt Van Passel. ‘Bij sommige bacteriesoorten zitten er wel negentig tot honderd door het hele genoom.' 

Dat promotoren verspringen was anekdotisch al bekend, vertelt Van Passel. ‘Een collega stuurde bijvoorbeeld via de post eens bacteriën op die negatief waren voor een bepaalde eigenschap. Maar het gen dat ze stil hadden gezet, bleek zichzelf steeds weer te activeren. Toen de ontvangers de bacteriën cultiveerden, stond het weer aan.' Van Passels resultaten tonen nu aan dat het proces bovendien wijdverbreid is. Zelfs op korte evolutionaire tijdschalen en bij allerlei bacteriesoorten.
Hoe de promotoren exact verspringen is grotendeels onduidelijk. Van Passel heeft wel enkele mogelijke verklaringen: ‘Aan hun zijkanten hebben de promotoren een kenmerkende repeat code. Dit kan betekenen dat ze meeliften op de activiteit van ander mobiel DNA.' Er kunnen ook toevallige verdubbelingen plaatsvinden. Van Passel: ‘Aangezien we er 4000 hebben gevonden is het niet nodig dat ze allemaal volgens hetzelfde mechanisme werken.'
Het onderzoek, waaraan ook bioinformaticus Harm Nijveen meewerkte, verschenen eind augustus in Nucleic acids research.

Re:ageer