Zandraket dient 's nachts de mens

De ontrafeling van het genetisch materiaal van de zandraket heeft haar beslag gekregen. Ook gen-onderzoekers van dieren en bacteriën kunnen daarvan profiteren als 's nachts de computer aan het vergelijken slaat....

DONDERDAG ZAL het genoom van de zandraket worden gepresenteerd. De zandraket, officieel: Arabidopsis thaliana, is het volgende organisme waarvan het erfelijk materiaal volledig in kaart is gebracht. Bijna vijftig bacteriën, andere eencelligen en een handvol grotere organismen gingen het plantje voor. Zelfs de genetische code van de mens werd eerder ontcijferd. De zandraket is echter de eerste plant die nu volledig in kaart is gebracht en dat is wel een feestje en een publicatie in Nature waard.

Zoals muizen en fruitvliegjes de laboratoriumlievelingen van de dieronderzoekers zijn, is de zandraket het modelorganisme voor plantkundigen. Het veertig centimeter hoge plantje, behorend tot de familie van bloemkool en koolzaad, heeft een ideaal korte levenscyclus van slechts zes weken. Hoewel alle (vermoedelijk) 25 duizend genen op de vijf paar chromosomen van het plantje nu in kaart zijn gebracht, is nog niet bekend wat al die genen precies doen.

De hoeveelheid erfelijk materiaal van een zandraket is gering. Het genoom van rijst bijvoorbeeld is vier keer zo groot en dat van maïs en mens wel 25 keer. 'Ondanks zijn geringe hoeveelheid erfelijk materiaal is de zandraket een volledige plant met alles erop en eraan. Over tien jaar zullen we weten welke genen noodzakeljk zijn om een plant te laten groeien, bloeien en zaad te laten vormen', zegt prof. dr. Maarten Koornneef, hoogleraar erfelijkheidsleer aan de Wageningen Universiteit en een van de initiatiefnemers van het Arabidopsis-project.

Toen in 1994 het project begon, werd niet gedacht dat al in 2000 de volledige sequentie (de volgorde van de chemische bouwsteentjes, de basen A, C, T en G, waaruit het DNA is opgebouwd) van de zandraket op tafel zou liggen. 'Wij begonnen met ongeveer vijftigduizend basen per jaar, nu doen we er zes miljoen', zegt bioinformaticus prof. dr. Willem Stiekema van Plant Research International in Wageningen, betrokken bij de opheldering van het zandraket-genoom. Stiekema voorspelt dat een promovendus binnenkort het eerste halfjaar van zijn onderzoek zal gebruiken om even het genoom van zijn favoriete bacterie te sequencen, vóór het eigenlijke onderzoek begint.

Zoals inmiddels vaak gebruikelijk is, zal ook het zandraket-genoom voor onderzoekers vrij toegankelijk zijn via internet. Zo kan iedereen die een stukje DNA uit bijvoorbeeld petunia, gistcel of muis heeft ontrafeld, de gevonden sequentie vergelijken met het erfelijk materiaal van de zandraket. Want de moleculaire biologie speelt zich steeds meer af achter de pc. Vooral 's nachts maken de zoek- en vergelijkingsmachines overuren.

Geregeld krijgen we hits met Arabidopsis', zegt dr. Martien Groenen, van Fokkerij & Genetica van Wageningen Universiteit. Groenen brengt het kippengenoom in kaart - geschatte tijd drie tot vier jaar - en onderzoekt ook het varkensgenoom. Hij is vooral geïnteresseerd in overeenkomsten tussen kip, varken, mens en muis en concludeert dat de mens meer op de kip lijkt, dan op het varken.

Zo'n hit betreft een overeenkomst - homologie - tussen het onbekende stukje DNA en reeds eerder gevonden en in honderden databestanden opgeslagen stukjes DNA uit andere organismen. Een grote overeenkomst in basenvolgorde kan onderzoekers inzicht geven in een mogelijke functie van 'hun' stukje DNA. Bijvoorbeeld: betrokken bij de energiehuishouding, de stapeling van suikermoleculen, of de opbouw van celwanden.

Helaas is de werkelijkheid rauwer, waarschuwt bioinformaticus prof. dr. Gert Vriend. Het hoofd van het Nijmeegse Centrum voor Moleculaire en Biomoleculaire Informatica, het CMBI, onderhoudt 128 databestanden voor Nederlandse onderzoekers. 'Vaak vind je wel homologie, maar levert die nauwelijks extra informatie op. Dan weet je, behalve dat delen van je eiwit ook in de muis voor zouden kunnen komen, nog niets.' Zelfs 100 procent overeenkomst met een bestaand eiwit betekent niet dat zo'n eiwit in een fruitvlieg hetzelfde doet als in een zandraket.

Het erfelijk materiaal draagt de informatie, maar de éiwitten zijn wezenlijk voor ontwikkeling, leven en gedrag. Volgens de jongste schatting liggen er in het drieënhalf miljard 'letters' tellende menselijke genoom slechts veertigduizend genen verborgen. Door slimme 'leestrucjes' kunnen die wel enkele miljoenen verschillende eiwitten aanmaken. 'We moeten er rekening mee houden dat het onvoorstelbare waar is', zegt Vriend. 'Dat er mechanismen voor het coderen van eiwitten blijken te zijn, die we nu niet voor mogelijk houden. Zoals ook de Titanic niet onzinkbaar bleek. Dat noopt ons tot voorzichtigheid met al te stellige conclusies.'

Het vergelijken van organismen is mooi, maar de grootste toepassing van al die nieuwe genomen ligt ongetwijfeld in het achterhalen van wat er precies gebeurt in cellen. Waarom is de ene cel een kankercel, terwijl een ogenschijnlijk identieke zuster zich volkomen normaal gedraagt? Hoe werkt een bepaald medicijn in op het metabolisme van cellen en welke genen zijn betrokken bij de bloemvorming van tulpen? Het vinden van de genen die in de cel tot expressie komen, die aangeschakeld staan, is daarvoor noodzakelijk.

Leven is een subtiel samenspel tussen honderden genen die soms een beetje meer, dan weer wat minder zijn aangeschakeld. In het ene weefsel zijn andere genen actief dan in het andere weefsel en ook het tijdstip maakt uit. In een zich ontwikkelend embryo bijvoorbeeld is het activiteitenniveau - de expressie - van genen anders dan in de laatste levensfase van een organisme.

Met de nieuwste technieken - de DNA-chip of de micro array - kunnen onderzoekers van tienduizenden genen tegelijkertijd zien hoe sterk ze zijn aangeschakeld. De expressie van het hele gistgenoom bijvoorbeeld past op één microscoopglaasje. Daarmee kunnen onderzoekers bijvoorbeeld zien hoe de genexpressie verandert als de hoeveelheid glucose in de voeding wijzigt of medicijnen worden toegediend.

Bij de Leidse vakgroep Humane en Klinische Genetica onderzoekt dr. Johan den Dunnen op deze wijze verschillen tussen cellen van patiënten mét en zónder spierziekten. 'Als je maar cellen van genoeg patiënten met elkaar kunt vergelijken, ontstaan er patronen van genen die meer of juist minder tot expressie komen dan gebruikelijk. Het vergelijken van die genen met databestanden van andere organismen kan je op het spoor van hun functie brengen.'

Met zijn microscoopglaasjes doet Den Dunnen in feite tienduizenden proeven tegelijkertijd. De stortvloed aan informatie vereist echter veel meer tijd om te begrijpen wat je gemeten hebt. Toch waant Den Dunnen zich in Luilekkerland, want de ontwikkelingen gaan zeer snel. 'Binnenkort komen er ook databestanden met gegevens over de expressie van genen. Met informatie over wat er met een gen gebeurt als je een bepaalde stof toevoegt. Alle metingen worden nu op het net gezet', zegt de moleculair-bioloog enthousiast. 'Ook die waarvan de onderzoekers (nog) niets snappen. Want wellicht hebben die voor een ander wél betekenis'

Meer over