De demente zandraket

Mensenziekten onderzoeken in een plant. Dat kan nu er veel genomen bekend zijn. Wim Köhler

Rat, muis, chimp, mens, van geen enkel gewerveld dier was in 2000 de complete DNA-volgorde bekend. Een ruwe versie van de mens was klaar in juni van dat jaar. De aankondiging werd wereldnieuws. Het ging om een goede benadering, van 97 procent van het genoom. Het was een wetenschapspublicatie ‘per persconferentie’. Meer voor de show, om een hoogoplopende ruzie en concurrentiestrijd tussen twee groepen die beide aan het humane genoom werkten een beetje te sussen. De wetenschappelijke publicaties lieten nog meer dan een half jaar op zich wachten en verschenen in februari 2001.

Ronald Plasterk, thans Kamerlid voor de PvdA, toen hoogleraar-directeur van het Utrechtse Hubrecht Laboratorium, vergeleek die persconferentie met het planten van de vlag op een gebouw waarvan het hoogste punt is bereikt maar dat nog lang niet af is. Symboliek, en tijd voor pannebier.

Hoe ‘onaf’ het humane genoom in het begin van het decennium ook was, de wetenschappelijke wereld maakte er meteen dankbaar gebruik van. Het versnelde het zoeken naar genen en hun functies enorm. En het was het begin van een decennium waarin het vaststellen en onderling vergelijken van genomen snel toenam en duizelingwekkend versnelde.

Afgelopen week haalden de genomen van een cacaoboom en de kleine bosaardbei de wetenschappelijke literatuur. En het nieuws. Het leek wel of de redactie van het tijdschrift Nature Genetics de publicatie over die twee ‘lekkere’ planten expres tot Tweede Kerstdag had bewaard.

Vóór 2000 konden onderzoekers alleen de veel kortere erfelijke code van virussen bepalen. Virusgenomen zijn erg veel korter. Het eerste gesequenste dier was een geliefd laboratoriumproefdier: de rondworm (nematode) Caenorhabditis elegans. Dat was in 1998. Het elegansgenoom is bijna 100 miljoen baseparen lang. De mens heeft er dertig keer meer. In die tijd kostte sequensen nog vijf gulden (€ 2,25) per base. Volgend jaar bepaalt een goed uitgerust lab voor dat bedrag de volgorde van 10 miljoen baseparen.

Het eerste plantengenoom was ook al van een geliefde laboratoriumsoort. De zandraket (Arabidopsis thaliana) is een snelgroeiend plantje, geliefd bij plantenfysiologen en -genetici. De zandraket heeft een genoom van 125 miljoen baseparen, een kwart meer dan C. elegans. En ook wat meer genen dan de 20.000 van die rondworm. Bij de eerste inventarisatie in 2000 vonden de onderzoekers 25.500 zandraketgenen. Nu zijn het er 27.416. Elegans en Arabidopsis werden ontrafeld in een tijd waarin genenzoekers nog dachten bij de mens veel meer genen te vinden. In juni 2000 publiceerde Nature Genetics drie artikelen waarin drie onderzoeksgroepen beredeneerd gokten hoeveel genen de mens zou hebben. Ze kwamen op aantallen tussen 34.000 en 140.000 genen. Eind 2010 staat de stand op 21.000.

Hoe kan dat? Die schattingen gebeurden vooral door de verschillende messenger-RNA-moleculen te tellen die cellen produceren. Messenger-RNA (mRNA) ontstaat als een cel een gen ‘aanzet’. Het bevat een kopie van de basevolgorde in het gen. Het mRNA is de matrijs waarop eiwit wordt gemaakt.

Inmiddels is bekend dat één gen een heel stel mRNA-moleculen kan opleveren. Dat gebeurt door knip- en plakwerk aan het mRNA. De mens maakt daardoor veel meer verschillende eiwitten dan hij genen heeft. Het één-gen-één-eiwit-concept dat een paar decennia heerste in de biochemie verdween dit decennium.

Net zoals het idee dat de 98 procent van het menselijk DNA dat niet voor eiwit codeert junk-DNA is. Een soort afval van de jachtige evolutie dat louter ballast is, misschien alleen nuttig om nieuwe genen in te laten evolueren. Het meeste junk-DNA heeft steun- en regelfuncties. En het bevat de code voor de synthese van andere RNA-moleculen die een tot nu toe onbekende rol in de biochemie en geneeskunde vervullen. Op het junk-DNA is dit decennium een hele nieuwe biochemie gebouwd.

Nieuwe genen in het junk-DNA zijn tenminste driemaal ontstaan sinds de mens en de chimpansee ruim zes miljoen jaar gelden hun laatste gemeenschappelijke voorouder hadden. Die schatting komt van Ierse onderzoekers (Genome Research, 19 oktober 2009). De andere 21.000 menselijke genen zaten ook al in de bacteriën waar we van afstammen, of zijn geïntroduceerd door virussen, of zijn op andere manier uit bestaande genen ontstaan. Dit soort onderzoek is mogelijk door nauwkeurige vergelijking van de beschikbare genomen en hun eiwitproducten.

In de stroom genoomvergelijkingen vallen de extremen op. Onderzoekers van de universiteit van Stavanger lieten deze maand zien dat genen die – indien gemuteerd – bij mensen Alzheimer en Parkinson kunnen veroorzaken ook al in de zandraket voorkomen (Current Opinion in Biotechnology, 6 december 2010). De laatste gemeenschappelijke voorouder van dat plantje en de mens leefde 1,6 miljard jaar geleden, maar de helft van de eiwitten die bij een mutatie dementie kunnen veroorzaken, zijn ook in de zandraket te vinden, vaak met dezelfde biochemische functie. De rol van die eiwitten bij ziekten zouden we dus ook in zandraket kunnen onderzoeken. In het komende decennium zullen we eens zien wat er van dat wilde idee zal terechtkomen.