Wetenschap - 7 februari 2017

Tempo vervuiling bepaalt evolutie

tekst:
Roelof Kleis

Het tempo waarmee de omgeving verandert, heeft grote invloed op de genetische aanpassingen in organismen. Dat toonde promovendus Florien Gorter aan door de evolutie na te bootsen met Saccharomyces cervisiaea, oftewel bakkersgist.

(Foto: Shutterstock)

Cadmium is uitermate giftig. Zelfs een kleine dosis is al schadelijk. Zink en nikkel zijn in kleine hoeveelheden onschadelijk of zelfs nuttig, maar in grote hoeveelheden schadelijk. Gorter liet haar gistpopulaties gedurende 75 dagen 500 generaties groeien, bij geleidelijk toenemende concentraties zware metalen én bij van meet af aan constant hoge concentraties. Op gezette tijden nam ze monsters om de fitness (het voortplantingssucces) van de gist vast te vergelijken met die van de oorspronkelijke gist. Die relatieve fitness laat zien hoe de gist is aangepast.

Oplossing
Het bakkersgist blijkt op het giftige cadmium heel anders te reageren dan op zink en nikkel. Gist ontwikkelt in aanwezigheid van cadmium dezelfde aanpassingen, of er nu direct veel
metaal aanwezig is of de concentratie geleidelijk wordt opgevoerd. Dat is precies wat Gorter voorspelde. ‘Bij het niet-essentiële cadmium gaat het zowel bij lage als bij hoge concentraties om dezelfde evolutionaire oplossing: het verlagen van het interne gehalte cadmium.’

evolutieproefschrift.jpg

In beide gevallen wordt hetzelfde fitnesseindpunt bereikt. Bij hoge concentraties cadmium moet de gist die oplossing evenwel snel vinden, anders overleeft ie niet. De gist past zich veel trager aan als de vervuiling geleidelijk oploopt. Volgens Gorter bestaat die oplossing uit mutaties die ervoor zorgen dat de eiwitten waardoor cadmium de cel binnen kan komen niet meer werken. Als het transport niet meer werkt, blijft de cel metaalvrij.

Volgorde
Bij nikkel en zink moet volgens Gorter's theorie een laag of hoog metaalgehalte tot verschillende genetische aanpassingen leiden. Lage concentraties zijn immers niet schadelijk, hoge wel. Ook dat bleek te kloppen. Gorter toonde dat aan door de genomen van de eindgist in kaart te brengen. De mutaties bij nikkel en zink liggen in verschillende genen. De volgorde waarin die mutaties plaatsvinden, hangt bovendien af van de concentraties van het metaal. Bij cadmium liggen de mutaties allen in hetzelfde gen.

Volgens Gorter heeft haar fundamentele werk aan gist implicaties voor hogere organismen. De snelheid waarmee de omgeving verandert, kan belangrijke gevolgen hebben voor de aanpassingen waarmee organismen reageren. ‘Gist is een eukaryoot, dus verwant aan plant en dier. Als we de gevolgen van vervuiling of klimaatverandering volledig willen begrijpen en erop willen inspelen, moeten we niet alleen rekening houden met de totale omvang, maar ook met de snelheid waarmee de verandering plaatsvindt.'

Florien Gorter verdedigt haar proefschrift op vrijdag 17 februari in de Aula van Wageningen University, Aanvang 16.00 uur.


Re:ageer