Zelden is onze omgeving zo snel veranderd. Bovenop klimaatverandering stellen we onszelf bloot aan luchtverontreinigende stoffen, microplastics en ongekende niveaus van vet, zout en suiker in ons voedsel.
Veranderingen in het milieu is een van de dingen die grote, ernstige mutaties in ons DNA kunnen veroorzaken die snel kunnen leiden tot ziekten, zoals kanker veroorzaakt door straling. Maar ons DNA bevat ook veel kleine verborgen mutaties. Hoewel ze aanvankelijk geen effect op ons hebben dankzij een doos genetische trucs die ons lichaam gebruikt om ons te beschermen, kunnen deze 'cryptische' variaties zich over vele generaties opbouwen en vervolgens tot leven worden gebracht door grote veranderingen in het milieu.
Recent onderzoek heeft aangetoond hoe belangrijk deze cryptische variaties zijn voor evolutie. Er is een kans dat ze dat kunnen zijn achter het groeiende risico van problemen zoals diabetes, kanker en hartziekten, en kunnen zelfs nieuwe ziekten veroorzaken. Maar deze mutaties kunnen ook verborgen geschenken zijn van onze voorouders waardoor we ons sneller kunnen aanpassen aan de problemen waarmee we worden geconfronteerd, van medische aandoeningen tot klimaatverandering.
Veranderingen in DNA in combinatie met het proces van natuurlijke selectie zorgen ervoor dat soorten kunnen evolueren. Sommige genetische variaties bieden een selectief voordeel en de individuen die ze hebben, hebben meer kans om te overleven en hun genen door te geven, waardoor ze geleidelijk over de soort worden verspreid. Veranderingen die een nadeel zijn, verminderen de overlevings- of reproductiekansen voor een individu en worden minder waarschijnlijk doorgegeven aan toekomstige generaties.
Buffer tegen verandering
Cryptische genetische variatie geeft ons een derde alternatief. Sommige veranderingen in DNA hebben weinig of geen effect, wat geen voordeel of nadeel oplevert maar zich langzaam opbouwt over generaties. Deze variaties verbergen zich op verschillende manieren. Eenvoudige organismen kunnen bijvoorbeeld de impact van veranderingen in de omgeving op hun biologische functies verminderen met behulp van een proces dat bekend staat als kanalisatie. Dit betekent dat kleine veranderingen in hun DNA geen zichtbare verschillen veroorzaken.
Soms worden genen zelfs in verschillende delen van het DNA gedupliceerd, zodat die er zijn redundantie in het systeem. Alle wijzigingen in het ene gen kunnen vervolgens door de andere worden verborgen.
In complexe levensvormen worden veel nieuwe variaties ook ongezien omdat we twee versies van de meeste van onze genen hebben (een van mama en een van papa), en een van de versies is dominant over de ander. Cryptische genetische variaties zijn recessief (niet dominant) in deze relatie en laten dit dus onder normale omstandigheden niet zien.
Er zijn ook enkele zeer kleine veranderingen die veroorzaak geen echte verandering aan de biochemie van het organisme. Ze ruilen misschien een component in een eiwit voor iets dat erg op elkaar lijkt.
Al deze dingen fungeren als een buffer tegen fysieke veranderingen, waardoor een opbouw van variatie in het DNA mogelijk wordt die alleen zichtbaar wordt wanneer er een significante verandering in de omgeving is. Veel onderzoekers op het gebied van evolutionaire genetica geloven dat deze cryptische genetische variatie een antwoord kan zijn op het probleem van hoe soorten zich in het verleden snel hebben kunnen aanpassen aan nieuwe uitdagingen. De vinken van de Galapagos-eilanden hielp Darwin zijn evolutietheorie te ontwikkelen, en de snelle creatie van de verschillende soorten vinken die hij zag, is zeer waarschijnlijk een voorbeeld van cryptische variatie op het werk.
Verlichtend experiment: fluorescerend groen E. coli bacteriën. KPWangkanont / Shutterstock
Het is onmogelijk om deze verandering bij dieren of in het wild waar te nemen, gezien de tijdschema's van meerdere generaties. Maar onderzoekers aan de Universiteit van Zürich laatst gebruikt E. coli bacteriën om het belang van deze variatie in evolutie en aanpassing aan nieuwe omgevingen te bewijzen.
In hun experimenten creëerden ze een kunstmatige omgeving waarin bacteriën die groene fluorescentie konden produceren een voordeel hadden ten opzichte van bacteriën die geel produceerden. De onderzoekers toonden aan dat bacteriekolonies met hogere niveaus van cryptische variatie sneller konden schakelen naar fluorescerend groen.
Dit was een kleine, onbeduidende verandering voor de bacteriën, maar een zeer duidelijk bewijs van het concept dat cryptische variatie een soort kan helpen zich sneller aan te passen aan veranderingen in het milieu. Dit kan erg belangrijk zijn om het belang van cryptische variatie te begrijpen in meer kritieke systemen die ziekteresistentie en vatbaarheid beïnvloeden.
Onderzoekers aan de Universiteit van Würzburg hebben aangetoond dat het niveau van cryptische genetische variatie in Neisseria meningitidis, een bacterie die meningitis kan veroorzaken, draagt bij aan hoe schadelijk de resulterende ziekte is. Dit hogere niveau van variatie is alleen een factor wanneer de bacteriën in de bloedbaan komen, maar heeft geen invloed op hun normale omgeving van de menselijke keel.
Een beter begrip van hoe deze bacteriën veranderen wanneer ze zich in het bloed bevinden, kan ons helpen om ziekten zoals meningitis te bestrijden. We zullen een beter begrip hebben van hoe de symptomen optreden en, cruciaal, elke antibioticaresistentie kunnen aanpakken verstopt in het DNA van de bacterie.
Verborgen potentieel
Ons eigen DNA herbergt ook hoge niveaus van cryptische variatie. Het potentieel voor cryptische genetische varianten die in ons DNA zijn verborgen, wordt plotseling niet zo cryptisch dankzij veranderingen in de omgeving.
Hoewel we de exacte effecten van cryptische variatie nog steeds niet begrijpen, zijn verschillende veranderingen in ons DNA, in stilte geërfd van onze voorouders, al in verband gebracht met een verhoogd risico op ziekten zoals astma or kanker. Voor mensen met deze veranderingen is de kans groter dat blootstelling aan uitlaatgassen van auto's effect heeft.
Er kunnen echter ook oplossingen en problemen verborgen zijn in DNA. Als de wereld opwarmt als gevolg van klimaatverandering, kan cryptische genetische variatie ons en andere soorten dan een broodnodige levenslijn geven? Het verhoogde vermogen om snel te evolueren en zich aan te passen, kan alles zijn wat staat tussen een soort die de opwarming van de aarde en uitsterven overleeft.
Over de auteur
Michael J Porter, docent Moleculaire genetica, Universiteit van Centraal Lancashire
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Related Books:
Het lichaam houdt de score bij: Brain Mind and Body in the Healing of Trauma
door Bessel van der Kolk
Dit boek onderzoekt de verbanden tussen trauma en fysieke en mentale gezondheid en biedt inzichten en strategieën voor genezing en herstel.
Klik voor meer info of om te bestellen
Adem: de nieuwe wetenschap van een verloren kunst
door James Nestor
Dit boek verkent de wetenschap en praktijk van ademhalen en biedt inzichten en technieken voor het verbeteren van de fysieke en mentale gezondheid.
Klik voor meer info of om te bestellen
De plantenparadox: de verborgen gevaren van 'gezond' voedsel dat ziekten en gewichtstoename veroorzaakt
door Steven R. Gundry
Dit boek onderzoekt de verbanden tussen voeding, gezondheid en ziekte en biedt inzichten en strategieën om de algehele gezondheid en het welzijn te verbeteren.
Klik voor meer info of om te bestellen
De immuniteitscode: het nieuwe paradigma voor echte gezondheid en radicale antiveroudering
door Joël Greene
Dit boek biedt een nieuw perspectief op gezondheid en immuniteit, gebaseerd op principes van epigenetica en biedt inzichten en strategieën voor het optimaliseren van gezondheid en veroudering.
Klik voor meer info of om te bestellen
De complete gids voor vasten: genees uw lichaam door middel van intermitterend, afwisselende dagen en langdurig vasten
door dr. Jason Fung en Jimmy Moore
Dit boek onderzoekt de wetenschap en praktijk van vasten en biedt inzichten en strategieën voor het verbeteren van de algehele gezondheid en welzijn.
