Een kunstmatige ‘minimale cel’ waaruit alle behalve de meest essentiële genen zijn verwijderd, kan net zo snel evolueren als een normale cel. De bevinding laat zien dat organismen zich snel kunnen aanpassen, zelfs met een onnatuurlijk genoom dat weinig flexibiliteit biedt.
‘Het lijkt erop dat het leven echt robuust is’, zegt bioloog Jay T. Lennon van de Universiteit van Indiana te Bloomington. ‘We kunnen het terugbrengen tot alleen de essentie’, stelt hij, maar dat weerhoudt evolutie er niet van te werken.
‘Elk gen is essentieel’
Lennon en zijn team bestudeerden de bacterie Mycoplasma mycoides. Dit is een parasiet die in de ingewanden van dieren zoals koeien leeft. Omdat dit micro-organisme de meeste voedingsstoffen krijgt van zijn gastheer, heeft M. mycoides van nature veel genen verloren.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
In 2016 rapporteerden onderzoekers onder leiding van moleculair bioloog en ondernemer Craig Venter van het J. Craig Venter Institute in Californië dat ze het uit 901 genen bestaande genoom van de bacterie nog verder hadden uitgedund, tot 493 genen. Het resulterende synthetische organisme, M. mycoides JCVI-syn3B, heeft een ‘minimaal genoom’.
M. mycoides JCVI-syn3B kan normaal groeien en delen. Lennon vroeg zich echter af wat er op de lange termijn mee zou gebeuren. Soorten moeten kunnen veranderen om te overleven, maar het leek waarschijnlijk dat de minimale cel moeite zou hebben met evolueren. ‘Elk afzonderlijk gen in zijn genoom is essentieel’, zegt Lennon. Als gevolg hiervan zou je verwachten dat eventuele mutaties schadelijk zijn.
Onderlinge wedstrijden
Het team van Lennon begon met vast te stellen dat de minimale cel nog steeds kan muteren. Hij doet dit in die mate dat, zelfs bij een kleine populatie van slechts 10 miljoen, elke afzonderlijke genetische ‘letter’ over 2000 generaties naar verwachting meer dan 250 keer muteert.
Daarna kweekte het team M. mycoides JCVI-syn3B in het laboratorium, waar de micro-organismen 300 dagen vrij konden evolueren. Vervolgens organiseerde het team enkele onderlinge wedstrijden. In sommige experimenten moesten de minimale cellen die zich gedurende driehonderd dagen hadden ontwikkeld het opnemen tegen oorspronkelijke, niet-minimale M. mycoides. In andere wedijverden de niet-minimale cellen met minimale cellen die gedurende driehonderd dagen níét waren geëvolueerd.
Bij alle wedstrijden stopten de onderzoekers gelijke hoeveelheden van de te beoordelen soorten in een container. Vervolgens observeerden ze welke soort vaker voorkwam, een teken dat die beter geschikt was voor zijn omgeving. De niet-geëvolueerde minimale bacterie werd gemakkelijk weggeconcurreerd door de niet-minimale versie, zegt Lennon. Maar de versie die zich gedurende driehonderd dagen had ontwikkeld, deed het veel beter en had 80 procent van zijn verloren geschiktheid weten terug te winnen.
Onbekende functies
Cruciaal is dat het team de genen wist te identificeren die het meest veranderden tijdens deze evolutiewedstrijden, zegt scheikundige Zan Luthey-Schulten van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, niet betrokken bij het onderzoek. Sommige hebben onbekende functies. ‘Je moet jezelf afvragen: ‘Wat doet dat ding dan?’’ zegt ze.
