Niet-coderend DNA is niet bepaald nutteloos
Het zit goed in elkaar en het zit vrij ingewikkeld in elkaar dat ‘per-ongelukke’ systeem dat leven heet (ik kan het niet vaak genoeg zeggen). Het lijkt er op dat de ideeën over de manier waarop levende organismen nieuwe eiwitten gaan aanmaken enigszins herzien moeten worden. Uit bestudering van het erfelijk materiaal van rijstplanten bleek dat niet-coderend DNA zich (relatief) snel kan omvormen tot coderend DNA (en dus tot genen).
Een van de vele belangwekkende vragen in de biologie is hoe snel nieuwe eiwitten zich in organismes kunnen ontwikkelen. Genen kunnen veranderen en daarmee de eiwitten waar die genetische codes voor staan. Eiwitten zijn de (afgezaagd) werkpaarden van het leven en met nieuwe eiwitten zouden er in een organisme nieuwe functies kunnen ontstaan en zelfs nieuwe soorten.
Dat is zo ongeveer het idee, maar nieuw onderzoek heeft aannemelijk gemaakt dat het ook heel anders (en veel sneller) kan gaan. Het blijkt dat willekeurige stukken niet-coderend DNA (vroeger junk- of troep-DNA genoemd) zich snel kunnen omvormen tot genen (snel is, ook, hier een relatief begrip, uiteraard). Een opmerkelijke waarneming.
Al tijden zijn wetenschappers er heilig van overtuigd dat er maar twee wegen zijn waarlangs zich nieuwe genen kunnen ontwikkelen: fouten bij duplicatie of recombinatie. Bij celdeling wordt het DNA gesplitst en van elke streng wordt een duplicaat gemaakt. Daarbij kunnen fouten zijn gemaakt (net zoiets als bij het overschrijven van een tekst). Er zijn reparatiemechanismes, maar niet alle foutjes worden er uit gehaald.
Bij recombinatie wordt de erfelijke code wat door elkaar gehusseld om nieuwe combinaties en genen te krijgen. Deze twee mechanismes verklaren echter maar een klein deel van de eiwitten, gegeven het totale aantal mogelijke combinaties (=permutaties) van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten.
Derde mechanisme
Er zijn wetenschappers geweest die vermoedden dat er nog een derde mechanisme moest zijn dat zorgde voor nieuwe genen. Wat dat betreft heeft DNA materiaal genoeg want het overgrote deel van ons DNA is niet-coderend (97% en zelfs meer). Zou daar het antwoord liggen?
Dit soort zaken is lastig te bestuderen omdat je daarvoor zeer hoogwaardig genoommateriaal nodig hebt van zeer verwante soorten, waarbij zowel het voorouderlijk niet-coderende deel is te herkennen als de daar nieuw ontstane genen. Zonder dat soort duidelijk eersteklasmateriaal is het moeilijk te zeggen waar nieuwe genen vandaan zouden kunnen komen.
Om die moeilijkheden uit de weg te gaan profiteerden onderzoeker Manyuan Long van de universiteit van Chicago en en collega’s van het werk van andere wetenschappers, die recentelijk de genomen van elf nauw verwante rijstsoorten (Oryza sativa) hadden uitgelezen.
Na de bestudering van deze rijstgenomen ontdekten Long en de zijnen ten minste 175 nieuwe genen. Meer dan de helft daarvan (57%) bleek ook daadwerkelijk te coderen voor nieuwe eiwitten.
De onderzoekers zagen een patroon in de ontwikkeling van die nieuwe (‘niet-coderende’) genen. Het begon met de ontwikkeling van de expressie, het mechanisme dat maakt of een gen actief is of niet. Vervolgens werd een stuk niet-coderend DNA omgevormd tot een vers gen.
Volgens Long heeft rijst een genoom waar de genetische veranderingen goed zijn te bestuderen omdat de planten, evolutionair gezien, relatief jonge organismen zijn waarbij je het evolutionaire verloop goed kunt volgen. “De elf soorten ontwikkelden zich pas zo’n drie, vier miljoen jaar geleden. Het zijn dus jonge soorten. Daardoor hebben de genomen ook erg veel gemeen. Ook al het oudere niet-coderende deel is er nog steeds.”
Nieuwe functies
De onderzoekers zijn nu van plan te gaan onderzoeken welke taken de nieuwe eiwitten hebben gekregen en om te kijken of er misschien iets opmerkelijks is aan hun structuur. Misschien zorgen die nieuwe eiwitten wel voor een verbetering of uitbreiding van de celfuncties. Long: “Iedere stap kan een voordeel opleveren voor het organisme tot die geleidelijk aan wordt vastgelegd in het genoom.” Tsja, dat is natuurlijk interessant, maar ik zou me toch op de eerste plaats afvragen welk mechanisme er ten grondslag ligt in de omvorming van niet-coderend DNA tot een gen. Bovendien is het nog maar de vraag of iets dat bij planten voorkomt meteen ook geldt voor alle organismen. Hoe dan ook, er is nog genoeg werk aan de winkel.
Bron: Science Daily