Uiterst giftig DNA

Hoe sneller een prooi sterft, hoe beter voor de koningscobra Allerlei genen werden daarom gifgenen, blijkt uit onderzoek van bioloog Freek Vonk „De gifgenen zijn overal vandaan gerekruteerd”

Als je door een koningscobra (Ophiophagus hannah) wordt gebeten, kan het in een kwartier gebeurd zijn. Foto Getty Images

redacteur wetenschap

Het gif van de koningscobra is in de loop van de evolutie steeds dodelijker geworden. Dat blijkt uit de eerste complete DNA-analyse van een gifslang. Het onderzoek verscheen vorige week in PNAS (early online edition). Eerste auteur van het artikel is bioloog Freek Vonk van het Naturalis Biodiversity Center in Leiden, ook bekend van tv-optredens. In hetzelfde exemplaar van het tijdschrift staat een DNA-analyse van de tijgerpython, waaraan Vonk eveneens meewerkte.

Waar zitten de gifgenen?

Over het gif van de koningscobra zegt Vonk: „Er blijkt een sterke evolutionaire druk te zijn om het gif steeds sneller en effectiever te laten werken.” Want hoe sneller de prooi sterft, hoe korter hij tegenstribbelt, hoe minder energie het de koningscobra kost. En daarmee verhoogt hij zijn overlevingskansen. De koningscobra leeft in Zuidoost-Azië en is ’s werelds grootste gifslang – hij wordt zo’n vier meter lang. Hij voedt zich voornamelijk met andere slangen. Na een beet sterft een prooi vaak binnen één, hooguit twee minuten.

Het DNA-onderzoek is om meer inzicht te krijgen in de genetica van allerlei evolutionaire aanpassingen van slangen, zoals het ontbreken van ledematen, de gevorkte tong die dient als reukorgaan en het flexibele kaakmechanisme. Slangen zijn naar schatting 120 miljoen jaar geleden geëvolueerd uit een hagedisachtige voorouder.

In het artikel over de koningscobra wijden de onderzoekers vooral uit over het gif, een complex mengsel van bijna honderd kortere en langere eiwitten. Ze vonden een aantal eiwitten die niet eerder waren aangetoond in cobragif.

In het DNA van de koningscobra konden de wetenschappers achterhalen welke genen de informatie bevatten voor al die gifcomponenten.

Veel van de gifgenen blijken ooit te zijn ontstaan door verdubbeling van genen die elders in het lichaam alledaagse functies vervullen: in de maag, het hart, de lever, de geslachtsorganen, bloedcellen. Sommige genen zijn betrokken bij de communicatie tussen zenuwcellen, tussen zenuw- en spiercellen, in het immuunsysteem. „De gifgenen zijn overal vandaan gerekruteerd”, zegt Vonk.

Genverdubbeling is een bekend moleculair mechanisme waarop genen nieuwe functies kunnen verkrijgen. Stel, een gen voor een spijsverteringsenzym wordt verdubbeld. Het oorspronkelijke gen mag niet veranderen, het is essentieel voor de spijsvertering. Maar het verdubbelde gen is in feite ‘vrij’ en kan ongestraft muteren. Uit zo’n veranderd gen kan een nieuw eiwit ontstaan met een nieuwe functie.

Dat is bij de koningscobra op grote schaal gebeurd, zegt Vonk. Tientallen genen zijn gedupliceerd. Door mutaties veranderden DNA- letters in die duplicaten, en dat leidde tot nieuwe eiwitten. De evolutie selecteerde alsmaar weer de cobra’s met de eiwitten met de akeligste werking in hun prooi. De eiwitcocktail werd steeds dodelijker.

Een kwartiertje tijd

Het onderzoek laat ook zien dat de gifgenen hoofdzakelijk in de gifklier worden afgeschreven. Die bevindt zich net boven de bovenkaak van de koningscobra. Vóór de gifklier ligt nog een ander kliertje, de accessory gland heet die in het Engels. „Een Nederlandse naam is er niet voor”, zegt Vonk. Welke functie de klier heeft, is hem niet duidelijk. De accessory gland loopt over in een buisje dat naar de giftanden leidt.

Eenmaal in een prooi grijpen de gifcomponenten aan op allerlei moleculen in het zenuwstelsel, de spieren en het bloed van zijn prooi. Vonk legt uit wat bij een mens gebeurt na een koningscobrabeet. Meteen voel je pijn en tintelingen. Daarna verslechtert het zicht. Gaandeweg laat het zenuwstelsel het steeds verder afweten. „Totdat je uiteindelijk stikt omdat je longen niet meer werken.” Het kan binnen een kwartier gebeurd zijn.

    • Marcel aan de Brugh