De barcodefabriek

Biologen zoeken in het DNA van planten en dieren naar een unieke barcode waarmee zij soorten van elkaar kunnen onderscheiden.

Sander Voormolen

Neem een haar of een veer, stop die in een speciaal apparaatje ter grootte van een mobiele telefoon en binnen een paar minuten staat vast van welke soort het monster afkomstig is. “Klinkt dat onwaarschijnlijk?”, vraagt de Canadese geneticus Paul Hebert met een glinstering in zijn ogen. “Ik voorspel dat douanebeambten in de havens en op de vliegvelden binnen vijf jaar zo’n apparaatje zullen hebben, om te controleren of er beschermde of schadelijke soorten worden ingevoerd. Wacht nog tien jaar en kinderen zullen het als kerstcadeau krijgen en met hun ouders de natuur in trekken om gewapend met zo’n apparaatje zelf soorten te jagen.”

Paul Hebert was begin deze maand in Nederland voor de conferentie ‘DNA Barcoding in Europe’ in museum Naturalis in Leiden. Hebert is een van de pioniers in deze nieuwe tak van wetenschap. Hij is zoals hij het zelf zegt “directeur van de eerste barcode-fabriek ter wereld”. Aan de Universiteit van Guelph opende hij dit voorjaar een nieuw gebouw dat geheel gewijd is aan het identificeren van barcodes in het DNA van uiteenlopende soorten. Er werken dertig mensen, van wie een derde informaticus is. “De identificatie van de barcodes genereert een omvangrijke informatiestroom. Het gaat straks met een snelheid van ongeveer een half miljoen per jaar”, legt Hebert uit. Het doel is een digitaal identificatiesysteem voor alle levende organismen op aarde.

tijdrovend

Het determineren van soorten is nu specialistenwerk, en vaak een tijdrovend karwei. En soms is identificatie helemaal niet mogelijk, bijvoorbeeld als het gaat om vlees of visproducten die al verwerkt zijn, om bewerkte houten bouwmaterialen of om planten die niet bloeien (de bloemen zijn een belangrijk kenmerk voor de juiste determinatie). Al die problemen zijn in één klap overwonnen als biologische monsters aan de hand van DNA betrouwbaar en objectief kunnen worden thuisgebracht.

Hebert en zijn team gaan voortvarend te werk. De databank bevat inmiddels de unieke codes van 33.650 soorten, en dat aantal zal pijlsnel groeien. “Wij hadden ons voorgenomen om in vijf jaar de barcodes van een half miljoen soorten te bepalen. Maar het gaat zo snel dat we die mijlpaal al na het eerste jaar zullen bereiken. Om een indruk te geven: als je mij een DNA-monster geeft, kan ik je binnen twee uur de bijbehorende barcode leveren. Zoiets kost een paar dollar aan chemicaliën. Door gebruik te maken van microtechnieken voor DNA-identificatie zal dat in de nabije toekomst in een paar minuten lukken, voor een paar cent.”

Wereldwijd groeit een netwerk van onderzoekers die DNA-monsters leveren of DNA-barcodes aan de databank toevoegen. Het Consortium for the Barcode of Life (CBOL) dat in mei 2004 werd opgericht telt inmiddels 120 aangeloten organisaties in 45 landen. Het Smithsonian Institution in Washington heeft onlangs ook een barcode-fabriek gesticht. Alle barcodes komen in de vrij toegankelijke database op internet, zodat andere wetenschappers er gebruik van kunnen maken. Elke soort krijgt een internetpagina, met alle relevante gegevens. Via Google Maps is te zien waar de specimen vandaan komen.

plagen

De toepassingen van zo’n DNA-bibliotheek zijn heel divers, zegt Hebert. “Er zijn bijvoorbeeld plannen om de codes te gebruiken voor het monitoren van de waterkwaliteit. Aan het DNA kun je precies zien wat in het water leeft. Vandaag de dag is dat nog onmogelijk, maar als onze referentiebibliotheek af is, dan is het zeker haalbaar. Op dezelfde manier is het mogelijk plagen in de gaten houden, vogels te identificeren na botsingen met vliegtuigen, vis- en vleesproducten te controleren of de import van illegaal hardhout te controleren. Er zijn ook toepassingen op het gebied van de menselijke gezondheid; we zijn bezig de codes van alle soorten muggen ter wereld te inventariseren. Daarmee kunnen we beter in de gaten houden waar er risico bestaat op infectieziekten als malaria, knokkelkoorts, en het West Nijlvirus.”

Toch krijgt Hebert vaak van collega’s te horen: ‘dit is geen wetenschap, dit is domweg gegevens verzamelen’. Hij is er fel op: “Dat is niet waar. Barcodes geven ons nieuwe inzichten in de biodiversiteit. Dit is een onderneming die, net als het menselijk genoomproject, gegarandeerd nieuwe inzichten gaat opleveren.

“Nu al hebben we bijvoorbeeld ontdekt dat er bij heel veel soorten maar weinig variatie is in de genen van het mitochondrium. Bij de mens is dat wel eens verklaard door te stellen dat er een mitochondriële Eva moet zijn geweest, een moment in de evolutie waarop de populatie zo klein was dat er slechts duizend vrouwen hun DNA aan het nageslacht konden doorgeven. Een populatieflessenhals, noemen genetici dat.

“Maar die verklaring lijkt minder waarschijnlijk door onze vondst dat mitochondriële Eva’s haast universeel zijn voor soorten. Overal die flessenhals, hoe kan dat? Het is onwaarschijnlijk dat alle soorten springstaartjes op een bepaald moment maar duizend vrouwtjes hebben die zich voortplanten, om maar iets te noemen. In een alternatieve verklaring, denken we aan zogeheten selective sweeps. Daarbij krijgt één variant plotseling de overhand en verdringt alle andere.”

uitsterven

We gaan uit de barcodes nog veel meer leren over het ontstaan en uitsterven van soorten, voorspelt Hebert. “Het werk van Darwin of het onderzoek aan de cichliden in het Victoriameer, dat zullen hiermee vergeleken case studies blijken te zijn. We kunnen nu de evolutie van het leven in zijn volle omvang gaan bestuderen.”

Het inventariseren van de barcodes van alle eukaryote levensvormen op aarde, naar schatting tien miljoen soorten, zal zeker twintig jaar vergen. Ter vergelijking: de klassieke taxonomie heeft in de afgelopen 250 jaar slechts 1,2 miljoen soorten beschreven.

“Ik ben ooit zelf begonnen als veldbioloog, gespecialiseerd in vlinders”, vertelt Hebert aan het eind van het gesprek. “Maar toen ik in de jaren zeventig op een berghelling in Nieuw Guinea stond te zweten om nieuwe soorten te ontdekken, kwam ik tot de slotsom dat de diversiteit van deze insecten zo groot is dat mijn hoofd niet groot genoeg is om dat allemaal te bevatten. Toen ben ik eruit gestapt. Ik had een collectie van 50.000 vlinders en die heb ik allemaal weggegeven. Achteraf jammer, want ik had ze goed kunnen gebruiken voor mijn barcodewerk. ”

barcodeoflife.org, dnabarcodes.org