Cellen spiegelen zich aan omgeving
Organismen reageren continu op hun omgeving. Een veranderendeomgeving voldoet om binnen de cel evoluties te veroorzaken als eenbeweging of de productie van een eiwit. Hoe reacties in organismenontstaan, houdt de evolutiebiologie al sinds Darwin bezig. Hetonderliggende samenspel van genetische en omgevingsfactoren heeftAMOLF-groepsleider prof. dr. ir. Sander Tans nu met zijn teamontrafeld.
Spiegel van de omgeving
Het team van Tans ontwikkelde een combinatie van twee nieuwewetenschappelijke richtingen: de synthetische biologie en desysteembiologie. Zij kregen controle over de genetischeveranderingen van cellen door een nieuwe E. Coli-bacteriestam teproduceren. Metingen en wiskundige modellen van het systeem lietenzien hoe veranderingen in de omgeving selectiedruk oplevert endaarmee evolutie van de reactie van de cel.
De cellen bleken naar de meest optimale respons evolueren doormiddel van willekeurige mutaties en competitie. Ze ontwikkeldenzich als een perfecte ‘spiegel’ van hun omgeving: bij elkenadelige verandering in de omgeving produceerde de geëvolueerdecellen neutraliserende eiwitten als tegenbeweging. Door dezeperfecte reactie kon de reproductiesnelheid maximaal blijventijdens de variaties.
Evolutiebiologie als glazen bol?
Het onderzoek van AMOLF is onlangs gepubliceerd in hetprestigieuze tijdschrift Cell. Vanwege het multidisciplinairekarakter opent het onderzoek de deur om meer gebruik te maken vande evolutiebiologie als voorspellende wetenschap. Bovendien leverende veelbelovende resultaten veel nieuwe vragen op. Want, betekentdit dat ook wij een perfecte spiegel zijn van onzeomgevingshistorie? Ligt de onberekenbaarheid van evolutie danvooral in de ongewisse omgeving, of toch ook in de organismen zelf? Meer algemeen, wat zijn eigenlijk de beperkingen vanevolutie?
Het werk gaf hierop al een kleine vooruitblik; want hoewel deevolutionaire uitkomst optimaal was, bleek het evolutionaire padhaperingen te vertonen. De onderzoekers konden deze haperingenterugvoeren tot specifieke interacties tussen aminozuren in eenregulatie-eiwit, waardoor er zeldzame combinaties van meerderemutaties nodig waren voor de aanpassing.
