Waar haal je je genen vandaan?
Het voor de hand liggende antwoord is van je ouders, wiens ei en sperma versmolten om de unieke combinatie van genetisch materiaal te creëren dat jou, jij maakt. Maar verrassend nieuw onderzoek gooit een sleutel in dat bekende verhaal: het blijkt dat grote hoeveelheden genetisch materiaal dat bij mensen wordt gevonden, ergens in het verleden daadwerkelijk van andere soorten is gesprongen, en dit proces kan een belangrijke motor zijn voor evolutie bij dieren van vogelbekdieren voor mensen.
Volgens de onderzoekers kan het idee dat een aanzienlijke hoeveelheid DNA horizontaal wordt overgedragen in plaats van verticaal, ons begrip van hoe mensen en andere dieren zijn ontstaan, veranderen. "Het laat zien dat dit vreemde DNA dat ergens vandaan zou kunnen komen op een of andere manier in ons terecht zou kunnen komen en dingen zou kunnen veranderen", zegt Atma Ivancevic, een postdoctoraal onderzoeker in bio-informatica aan de Universiteit van Adelaide in Australië en de hoofdauteur van een onderzoek. onlangs gepubliceerd in Genome Biology .
Laten we bij het begin beginnen. Ten eerste zijn springende genen niet echt genen. Het zijn transponeerbare genelementen, het niet-coderende genetische materiaal dat zich tussen genen bevindt. Mensen zitten boordevol dingen - meer dan de helft van ons genoom bestaat uit transponeerbare elementen - maar veel van wat het doet is nog steeds een mysterie. "De enige rol lijkt te zijn om zichzelf zoveel mogelijk te repliceren, " zegt Ivancevic.
David Adelson, supervisor van Ivancevic aan de Universiteit van Adelaide en co-auteur van de krant, had eerder onderzoek gepubliceerd waarin bleek dat transponeerbare elementen genaamd Bovine-B (BovB) rondsprongen tussen dieren zo divers als neushoorns, hagedissen en vogelbekdieren. Om te zien wat er aan de hand was, zocht het team naar BovB's en een ander transponeerbaar element genaamd L1 in de genomen van 759 soorten dieren, planten en schimmels waarvan de volledig toegewezen genomen al online beschikbaar waren.
"We wilden wat meer licht werpen en kijken of we konden begrijpen waarom ze zich in het genoom bewogen en hoe ver ze zich konden verspreiden, " zegt Ivancevic. "We probeerden te zoeken naar vergelijkbare overeenkomsten van elementen tussen zeer verre soorten."
Omdat ze wisten dat BovB-elementen tussen soorten konden worden overgedragen, volgden ze dat soort genetisch materiaal eerst. Ze ontdekten een paar vreemde bedgenoten: sommige BovB's hadden minstens twee keer overgedragen tussen kikkers en vleermuizen, en Ivancevic zegt dat BovB's die afkomstig waren uit slangen ten minste 25 procent van het genoom van koeien en schapen vormden.
Ze volgden ook L1-elementen, die ongeveer 17 procent van het menselijk genoom uitmaken en die volgens Ivancevic waarschijnlijk veel ouder zijn dan BovB-elementen. Ze ontdekten voor het eerst dat ook L1's horizontaal konden worden overgedragen: ze waren aanwezig in veel dier- en plantensoorten en alle zoogdieren die ze onderzochten, behalve platypus en echidna (de enige twee leggende zoogdieren, of monotremes, levend op de planeet).
Dit leidde het team tot de conclusie dat de transponeerbare elementen waarschijnlijk nooit in monotremes aanwezig waren - in plaats daarvan moesten ze tussen 160 en 191 miljoen jaar geleden in een gemeenschappelijke voorouder van de rest van zoogdieren springen.
Ivancevic heeft zelfs een mechanisme in gedachten. Kritisch genoeg werden BovB's ook gevonden in plagen zoals bedwantsen en bloedzuigers, terwijl L1's werden gevonden in waterparasieten zoals zeewormen en oesters. Dit bracht Ivancevic en haar collega's ertoe te geloven dat transponeerbare elementen het DNA van verschillende wezens kunnen binnendringen door deze parasieten, of andere bloedzuigende wezens zoals teken of muggen, als hun voertuigen te gebruiken.
Vleermuizen kunnen ook een rol spelen. Transponeerbare elementen zijn inactief bij veel soorten fruitvleermuizen, wat te wijten kan zijn aan het feit dat hun insectendieet hen bijzonder gevoelig maakte voor horizontale genetische overdracht. Met andere woorden, vleermuizen lijken een toegenomen vermogen te hebben ontwikkeld om dit soort elementen in hun eigen lichaam te onderdrukken - terwijl ze tegelijkertijd fungeren als gastheren die ze op andere soorten kunnen overbrengen.
Niet dat al deze overdraagbare elementen inherent slecht zijn. Ivancevic merkt op dat, hoewel L1s mogelijk gerelateerd zijn aan kanker of neurologische aandoeningen zoals schizofrenie, andere transponeerbare elementen ook betrokken kunnen zijn bij de vorming van placenta of het immuunsysteem helpen. "We hebben bewijs dat ze goede en slechte dingen doen, bijna per ongeluk, " zegt ze, eraan toevoegend dat veel van de L1's bij mensen ook inactief zijn. "Het is bijna alsof het genoom ze probeert te gebruiken, of ze tot zwijgen brengt."
Chiara Boschetti, een docent in biologische wetenschappen aan de Universiteit van Plymouth in het VK, die horizontale genoverdracht bestudeert, zegt dat dit soort onderzoek aantoont dat wat wetenschappers beschouwden als 'rommel'-elementen daadwerkelijk een belangrijke rol zouden kunnen spelen in de functie of regulering van genen. In sommige gevallen kan het zelfs invloed hebben op hoe het DNA wordt verdeeld of gerepliceerd en hoe chromosomen werken.
"Ik denk dat het op de een of andere manier het potentieel heeft om het ontvangende genoom te veranderen, " zegt Boschetti, die niet betrokken was bij Ivancevic's werk. "Het is zeer waarschijnlijk dat er effecten zijn." Ze voegt eraan toe dat het nieuwe onderzoek nieuwe vragen oproept, zoals hoe snel deze overdraagbare elementen worden overgedragen en hoe actief ze zijn in genomen.
Wetenschappers weten al lang dat genetisch materiaal horizontaal tussen bacteriën kan worden doorgegeven; dit is hoe ze antibioticaresistentie zo snel ontwikkelen. Maar de ontdekking dat meer complexe organismen dit ook doen, wordt steeds belangrijker en leidt tot meer onderzoek naar het concept van genetische erfenis, zegt ze. "Het is best wel cool", zegt ze. "Het voegt een willekeurig dynamisch element toe aan alles."
