Nieuwe genen onstaan bij E. coli-bacteriën uit willekeurige sequenties in het ‘niet-coderende’ DNA. In het ringvormige DNA van de bacterie plaatsten onderzoeker een halfmiljard willekeurige stukjes DNA (afb: univ. van Uppsala)
Genen veranderen gaandeweg de evolutie, andere blijven verrassende lang (in geologische termen geproken, niet in menselijke), maar er ontstaan ook nieuwe genen met nieuwe functies. De onderzoekers hebben bij de bekende darmbacterie Escherichia coli onderzocht hoe dat gebeurt door, als ik het goed begrijp, die beestjes op te zadelen met veel niet-coderend, willekeurig DNA. Een aantal van die sequenties bleek de E. coli’s minder bevattelijk te maken voor een bepaald antibioticum.
Er was al langer een vermoeden dat nieuwe genen zouden kunnen ontstaan uit het niet-coderende deel van DNA (ooit ’troep’-DNA genoemd, maar die naamgeving verraadde slechts het kennisgebrek op dit terrein), maar een sterk bewijs is daar nooit voor geleverd. De onderzoekers construeerden een enorme bibliotheek aan DNA-sequenties, zo’n halfmiljard, en bouwden die in het, ringvormige, bacterie-DNA (plasmide). Vervolgens werden de beestjes blootgesteld aan het antibioticum aminoglycoside. Uit de evolutieproeven kwamen E. coli’s ‘bovendrijven’ die 48 keer resistenter waren tegen het antibacteriemiddel dan hun (verre) voorouders.
Het bleek dat die bacteriën drie peptiden (kleine eiwitten) waren gaan aanmaken die erg waterafstotend zijn en zich in het celmembraan nestelen. Daar zorgden dat het het ladingsverschil tussen omgeving en inwendige van de cel minder groot werd, waardoor het aminoglycoside moeilijker in de bacteriecel geraakt en dus minder effectief wordt.
Het ziet er dus naar uit dat deze willekeurige DNA-sequenties kunnen (gaan?) coderen voor nieuwe peptiden die het organisme voordeel opleveren. “Toen we het project begonnen verwachtten we niet veel”, zegt onderzoeker Michael Knopp van de universiteit van Uppsala. “We waren verbaasd dat we peptiden vonden die de resistentie van de bacteriën met een factor 48 vergroten.”
Onwaarschijnlijk
Dat nieuwe genen ontstaan uit het ‘niet-coderende’ deel van DNA is lang voor onwaarschijnlijk gehouden. Door recent onderzoek werd echter steeds aannemelijker dat grote delen van dat ’troep’-DNA ook wordt afgelezen en omgezet in peptiden. Dat deel zou dus een bron voor nieuwe genen kunnen vormen. Hij lijkt er op dat de expressie van dat ‘niet-coderende’ deel de geboorte kan zijn van een nieuw gen.
“Deze studie is belangrijk omdat die aantoont dat willekeurige DNA-sequenties kunnen leiden tot nieuwe, voordelige functies. Dit evolutieproces kun je direct in het lab bestuderen”, zegt Knopps baas Dan Andersson.
Bron: Alpha Galileo